По общепринятой на сегодня теории "РНК-мира", роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. В последствие клеточными процессами стали управлять белки, а роль хранилища генетической информации заняла ДНК. Сегодня ученые экспериментируют с короткими молекулами РНК, пытаясь воспроизвести процесс зарождения жизни в лаборатории.

Одним из главных препятствий в повторении этого процесса является то, что в "нормальном" растворе молекулы ДНК не способны вступать в реакции самокопирования без наличия тех ферментов, которые мешают половинкам двойных цепочек ДНК "сворачиваться" обратно в спираль. Так как сложные белки вряд ли могли возникнуть сами по себе без участия ДНК, это заставляет многих ученых предполагать, что РНК и ДНК возникли одновременно, минуя фазу "РНК-мира".

Хе и ее коллеги по университету нашли потенциальное решение этой проблеме в простой вещи – обычном загустителе, который можно купить в любом магазине. Как предположили ученые и как считают многие другие биохимики, жизнь на Земле могла зародиться не в мировом океане, а в пересыхающих лужах у жерл вулканов или у берегов морей, чьи воды действительно больше напоминали густой "суп", чем рассол или раствор чего-либо.

Экспериментируя с различными наборами коротких молекул ДНК, американские биологи проверили, что произойдет, если в смесь, содержащую одиночные нуклеотиды и небольшие двойные спирали ДНК, добавить загуститель.

Этот простой шаг привел к необычным последствиям – двойные цепочки ДНК действительно перестали быстро пересоединяться друг с другом, однако "половинки" этих спиралей плавали внутри первичного "мёда" не в виде одиночных нитей, а сворачиваясь в своеобразные петли, которые биологи называют "шпильками".

Эти шпильки, как объясняют ученые, препятствовали воссоединению нитей и позволяли плавающим в растворе нуклеотидам присоединяться к "половинкам" ДНК и формировать вторую нить, представлявшую собой их копии.

Эту идею ученые проверили на фрагменте одного из реально существующих генов длиной в 540 генетических "букв", который им удалось заставить скопировать себя как в относительно "чистом" растворе, содержащем только нуклеотиды, так и при попадании в своеобразные аналоги "первичного супа".

Если нечто подобное происходило и в "супе" первичных океанов (или луж) Земли, то тогда процесс формирования "шпилек" мог решать сразу две задачи. Во-первых, он позволял молекулам ДНК и РНК копировать себя.

Во-вторых, он также приводил к формированию петель и особых зон внутри нитей РНК, превращая их в ферменты-рибозимы – самокопирующиеся молекулы, способные осуществлять разные реакции. Рибозимы сегодня считаются одним из ключевых шагов в процессе зарождения жизни.

Относительно "легкий" механизм их образования в присутствии "загустителя", как считают авторы статьи, не только объясняет то, как ДНК и РНК могли эволюционировать на Земле, говорит о достаточно высоких шансах на зарождение жизни за пределами Солнечной системы.

Источник: ria.ru

Оригинальная статья: http://www.nature.com/nchem/journal/vaop/ncurrent/full/nchem.2628.html