Ключевой компонент зарождения жизни на Земле удалось синтезировать в лаборатории

Зарождение жизни на Земле все еще является одной из ключевых загадок науки, и, похоже, ученые приблизились к ее разгадке. Группе исследователей из Университетского колледжа Лондона (UCL) удалось успешно синтезировать в лабораторных условиях химическое соединение, которое могло существовать на нашей планете на ранних этапах ее существования. Это указывает на потенциальное участие этого соединения в возникновении жизни.

Как пишет издание SciTechDaily, речь идет о сочетании пантетеина – активный фрагмент коэнзима А. Это соединение важно для метаболизма – совокупности химических процессов, поддерживающих в организмах жизнь. Ранее ученым не удавалось эффективно синтезировать пантетеин, поэтому возникло предположение, что он не участвовал в процессе зарождения земной жизни.

Теперь же группе ученых удалось создать это соединение в воде при комнатной температуре. Для этого они использовали молекулы, образованные из цианистого водорода, которого, вероятно, было достаточно много на ранней Земле. Статью о результатах работы исследователи опубликовали в журнале Science.

В ней ученые предполагают, что синтезировавшись каким-либо естественным образом, пантетеин мог способствовать химическим реакциям, обусловившим превращение простых предшественников молекул белка и РНК в первые живые организмы. Считается, что это произошло четыре миллиарда лет назад.

Работа бросает вызов предположению некоторых исследователей о том, что жизнь не могла возникнуть в воде, ведь она слишком разрушительна. Они выдвинули теорию, что первые живые организмы появились в периодически пересыхающих водоемах.

Роль аминонитрилов

Движущей силой реакций, приведших к образованию пантетеина, были богатые энергией молекулы, в науке известные как аминонитрилы. Они химически связаны с аминокислотами – строительными блоками белков и, соответственно, основой жизни.

Возглавляет команду химик, профессор Мэтью Паунер. Под его руководством исследователи UCL уже использовали аналогичную химию основе аминонитрилов, чтобы продемонстрировать, как могли быть созданы во время зарождения жизни другие ключевые соединения. В частности, речь идет о пептидах (цепочках аминокислот, создающих белок) и нуклеотидах (строительных блоках РНК и ДНК).

"Это новое исследование является еще одним доказательством того, что основные биологические структуры, первичные молекулы, из которых построена биология, склонны к формированию с помощью химии нитрила", - утверждает профессор Паунер. По его словам, воссоздать с помощью нитрилов разные классы биологических молекул оказалось достаточно легко. И это убедило исследователя в том, что мысль о том, что жизни предшествовала лишь одна молекула – РНК, может быть ошибочной. А на самом деле существовал целый "РНК-мир" и базовые молекулы возникали параллельно. По мнению ученых, возникли РНК, белки, ферменты и кофакторы, которые заложили условия появления первых живых организмов.

"Наша будущая работа будет посвящена тому, как эти молекулы объединили, как химия пантетеина взаимодействует, например, с химией РНК, пептидов и липидов, чтобы обеспечить химию, которую отдельные классы молекул не могли бы обеспечить отдельно", - добавил ученый.

Исторический контекст работы

Ранее заметная попытка синтеза пантетеина была сделана в 1995 году. Ее предпринял американский химик Стэнли Миллер. Именно он приступил к экспериментам в области происхождения жизни, создавая аминокислоты из четырех простых химических веществ в стеклянных пробирках. Однако выход вещества у него был очень низким и требовал очень высоких концентраций химикатов в очень специфических условиях. Высушенные вещества запечатывали в воздухонепроницаемой трубке, а затем нагревали до 100 градусов Цельсия.

Доктор Джаспер Фэйрчайлд, ведущий автор нового исследования, объяснил, что основное отличие этой работы и исследования Миллера состоит в том, что американский ученый пытался использовать кислотную химию, а современные ученые использовали нитрилы. "Наши реакции просто протекают в воде и дают высокие выходы пантетеина при относительно низких концентрациях необходимых химических веществ", - рассказал Фэйрчайлд.

Профессор Паунер добавил: "Допускалось, что эти молекулы следует создавать из кислот, потому что использование кислот кажется биологическим, и именно этому обучают нас в школе и университете. Нас учат, что пептиды состоят из аминокислот". Но, по его словам, такой традиционный подход игнорирует важный ингредиент – энергию, необходимую для создания новых связей. "С нитрилами реакции выглядят несколько иначе, но конечные продукты – основные единицы биологии – невозможно отличить, образуются ли они в результате кислотной или нитрильной химии", – добавил он.

Хотя статья посвящена исключительно химии, исследовательская группа заявила, что продемонстрированные ими реакции вполне могли происходить в бассейнах или озерах с водой на ранней Земле. Но маловероятно, что в океанах, поскольку концентрации химических веществ, вероятно, были слишком велики.

Ранее OBOZ.UA рассказывал о чернобыльских лягушках, которые, похоже, научились защищаться от радиации.

Подписывайтесь на каналы OBOZ.UA в Telegram и Viber, чтобы быть в курсе последних событий.