Дослідники виявили РНК-молекулу, що отримала назву QT45, яка виконує майже всі етапи, необхідні для відтворення – найважливіший процес у провідній теорії про те, як виникло життя. Цей прорив надає переконливі докази на підтримку гіпотези «РНК-світу», яка передбачає, що РНК, а чи не ДНК, була основним генетичним матеріалом на ранніх етапах життя. Відкриття має велике значення, оскільки демонструє, що відносно проста молекула може каталізувати реакції, необхідні копіювання самої себе, хоча й одночасно в поточних експериментах.
Гіпотеза РНК-світу та проблема самовідтворення
Упродовж десятиліть вчені припускали, що життя виникло з РНК-молекул, здатних до самовідтворення. РНК, на відміну від ДНК, може зберігати генетичну інформацію, так і діяти як фермент, каталізуючи хімічні реакції. Ця подвійна функція робить її головним кандидатом для ранніх форм життя. Однак пошук РНК-молекули, що надійно самовідтворюється, був серйозною перешкодою. Попередні спроби вимагали великих складних РНК-структур, які навряд чи могли спонтанно утворитися на ранній Землі.
QT45: прорив у простоті
Дослідницька група під керівництвом Філіпа Холлігера з Лабораторії молекулярної біології MRC обійшла цю складність, зосередившись на пошуку дрібніших і найпростіших РНК-послідовностей. Почавши з трильйону випадкових послідовностей з 20-40 нуклеотидів, вони ідентифікували три, які могли зв’язувати нуклеотиди разом. За допомогою багаторазових раундів мутацій і відбору вони еволюціонували ці послідовності молекулу з 45 нуклеотидів (QT45), яка тепер може каталізувати створення комплементарних РНК-ланцюгів, включаючи послідовності, що відображають її власну.
Ключові висновки:
- QT45 може збирати короткі нуклеотидні ланцюги, ефективно копіюючи РНК-шаблони.
- Молекула може робити копії самої себе із цих комплементарних ланцюгів.
- Хоча повне самовідтворення (обидві реакції відбуваються одночасно) поки що не досягнуто, воно не за горами.
Чому це важливо: умови на ранній Землі
Умови, необхідні для функціонування QT45 — лужна вода трохи вище нуля — тісно відповідають умовам, що існували на ранній Землі, наприклад, регіонам, подібним до Ісландії, з гідротермальною активністю та циклами заморожування-відтаювання. Ці цикли забезпечували б енергію, необхідну для запуску реакцій, а кишені талої води або везикули жирних кислот могли б містити необхідні компоненти.
Відкриття QT45 – це не просто відтворення РНК у лабораторії; воно розкриває, як система, що самооптимізується, могла розвинутися природним шляхом. Оскільки процес робить помилки, деякі варіанти неминуче функціонуватимуть краще, що призведе до експоненційного відтворення найбільш успішних ланцюгів.
«Найзахопливіше те, що як тільки система почне самовідтворюватися, вона має стати самооптимізується», – говорить Холігер.
Наступні кроки та підтвердження експертів
Команда планує подальшу еволюцію QT45 та вивчення умов, що дозволяють одночасне відтворення. Експерти погоджуються з тим, що це значний прогрес. Сабіна Мюллер з Університету Грайфсвальда зазначає, що результати «виключні», а Захарі Адам з Університету Вісконсін-Медісон підкреслює малоймовірність виявлення QT45 серед «неймовірно великої» кількості можливих послідовностей.
Відкриття QT45 знаменує собою поворотний момент у розумінні походження життя, доводячи, що самовідтворення за допомогою РНК – це не просто теорія, а досяжно за допомогою відносно простих молекулярних структур.
