Исследователи обнаружили РНК-молекулу, получившую название QT45, которая выполняет почти все этапы, необходимые для самовоспроизведения — важнейший процесс в ведущей теории о том, как возникла жизнь. Этот прорыв предоставляет убедительные доказательства в поддержку гипотезы «РНК-мира», которая предполагает, что РНК, а не ДНК, была основным генетическим материалом на ранних этапах жизни. Открытие имеет большое значение, поскольку демонстрирует, что относительно простая молекула может катализировать реакции, необходимые для копирования самой себя, хотя и не одновременно в текущих экспериментах.
Гипотеза РНК-мира и проблема самовоспроизведения
На протяжении десятилетий ученые предполагали, что жизнь возникла из РНК-молекул, способных к самовоспроизведению. РНК, в отличие от ДНК, может как хранить генетическую информацию, так и действовать как фермент, катализируя химические реакции. Эта двойная функция делает ее главным кандидатом для самых ранних форм жизни. Однако поиск РНК-молекулы, которая надежно самовоспроизводится, был серьезным препятствием. Предыдущие попытки требовали крупных, сложных РНК-структур, которые вряд ли могли спонтанно образоваться на ранней Земле.
QT45: прорыв в простоте
Исследовательская группа под руководством Филиппа Холлигера из Лаборатории молекулярной биологии MRC обошла эту сложность, сосредоточившись на поиске более мелких и простых РНК-последовательностей. Начав с триллиона случайных последовательностей из 20–40 нуклеотидов, они идентифицировали три, которые могли связывать нуклеотиды вместе. С помощью многократных раундов мутаций и отбора они эволюционировали эти последовательности в молекулу из 45 нуклеотидов (QT45), которая теперь может катализировать создание комплементарных РНК-цепей, включая последовательности, отражающие ее собственную.
Ключевые выводы:
- QT45 может собирать короткие нуклеотидные цепи, эффективно копируя РНК-шаблоны.
- Молекула может делать копии самой себя из этих комплементарных цепей.
- Хотя полное самовоспроизведение (обе реакции происходят одновременно) пока не достигнуто, оно не за горами.
Почему это важно: условия на ранней Земле
Условия, необходимые для функционирования QT45 — щелочная вода чуть выше нуля — тесно соответствуют условиям, существовавшим на ранней Земле, например, регионам, похожим на Исландию, с гидротермальной активностью и циклами замораживания-оттаивания. Эти циклы обеспечивали бы энергию, необходимую для запуска реакций, а карманы талой воды или везикулы жирных кислот могли бы содержать необходимые компоненты.
Открытие QT45 — это не просто воспроизведение РНК в лаборатории; оно раскрывает, как самооптимизирующаяся система могла развиться естественным путем. Поскольку процесс вносит ошибки, некоторые варианты неизбежно будут функционировать лучше, что приведет к экспоненциальному воспроизведению наиболее успешных цепей.
«Самое захватывающее то, что как только система начнет самовоспроизводиться, она должна стать самооптимизирующейся», — говорит Холлигер.
Последующие шаги и подтверждение экспертов
Команда планирует дальнейшую эволюцию QT45 и изучение условий, позволяющих одновременное воспроизведение. Эксперты согласны с тем, что это значительный прогресс. Сабина Мюллер из Университета Грайфсвальда отмечает, что результаты «исключительны», а Захари Адам из Университета Висконсин-Мэдисон подчеркивает маловероятность обнаружения QT45 среди «невообразимо большого» числа возможных последовательностей.
Открытие QT45 знаменует собой поворотный момент в понимании происхождения жизни, доказывая, что самовоспроизведение посредством РНК — это не просто теория, а демонстрируемо достижимо с помощью относительно простых молекулярных структур.
