Как на Земле появились первые кусочки жизни? Ученые выдвигают новую гипотезу

В течение долгого времени ученые пытались определить, как возникла жизнь на Земле, а также возможности ее появления на других планетах. Согласно новому открытию, рибонуклеиновая кислота (или РНК) может спонтанно образовываться на базальтовом стекле - материале, который в изобилии присутствовал на Земле около 4,35 миллиарда лет назад и также встречается на Марсе.

Что появилось первым - ДНК или белок? Этот повторяющийся парадокс относится и к происхождению жизни на Земле. Альтернативная гипотеза, предложенная 60 лет назад и названная "гипотезой мира РНК", предполагает, что РНК лежит в основе возникновения жизни. Эта кислота является связующим звеном между ДНК и производством белков в наших клетках: нуклеотиды РНК, транскрибированные из ДНК, используются для производства белков.

Однако многие ученые считают, что структура РНК слишком сложна, чтобы возникнуть спонтанно. Поэтому они считают, что для того, чтобы модель "первой РНК" была обоснованной, необходимо, по крайней мере, экспериментально продемонстрировать образование молекул РНК, достаточно длинных для дарвиновской эволюции (от 50 до 5000 нуклеотидов).

Базальтовое вулканическое стекло преобразует трифосфаты в РНК

Эпоха Катархей (первый эон в истории Земли) около 4,35 миллиарда лет назад позволяет предположить, что базальтовое вулканическое стекло было очень распространено в то время, поэтому этот материал должен был принимать активное участие в формировании РНК. "В течение нескольких сотен миллионов лет после образования Луны частые удары в сочетании с обильным вулканизмом на молодой планете формировали расплавленную базальтовую лаву, источник базальтового стекла", — объясняет Стивен Мойжис, один из исследователей нового исследования. "Воздействие также испаряло воду на сухую землю, обеспечивая водоносные горизонты, в которых могли образовываться РНК".

Для производства РНК (или полирибонуклеиновой кислоты) необходимы рибонуклеозидтрифосфаты. Учитывая геологический контекст того времени, исследователи предполагают, что базальтовые стекла превращают рибонуклеозидтрифосфаты в РНК в воде. Используя методы гель-электрофореза и ультрафильтрации, они показали, что длина этой полирибонуклеиновой кислоты составляла в среднем от 90 до 150 нуклеотидов, и поэтому она могла стоять у истоков дарвиновской эволюции жизни.

"Процесс является каталитическим, и синтез полирибонуклеиновой кислоты продолжается в течение долгого времени", — пишут авторы исследования. Более того, этот процесс происходит в условиях, в которых РНК стабильна (при 25 °C, pH 7,5). Кинетические данные свидетельствуют о том, что небольшой район столкновения во время катархея, содержащий всего несколько метрических тонн раздробленного, водопроницаемого стекла, мог иметь возможность производить около грамма РНК в день, но был ограничен запасами трифосфатов.

Частые удары во время формирования Земли также могли принести никель, который, как показала команда, обеспечивает нуклеозидные трифосфаты из нуклеозидов и активированного фосфата, также присутствующего в вулканическом стекле. Также из базальта борат контролирует образование этих трифосфатов в пути создания первой РНК из простых органических молекул.

Эти результаты позволяют предположить, что полирибонуклеотиды были доступны в условиях катархея, если были доступны и трифосфаты. "Модели для создания частей этих нуклеозидов и связей внутри них, а также полных трифосфатных нуклеозидов в настоящее время разрабатываются во многих лабораториях", — объясняют исследователи. Если бы трифосфаты были доступны, стекла на поверхности Земли катархейкого периода (и на Марсе) могли бы обеспечить недостающий фрагмент в головоломке модели "первой РНК".

Такие же минералы, стекла и удары были обнаружены и на Марсе, хотя Красная планета не подвергалась дрейфу континентов и тектонике плит, которая уничтожила большую часть земных пород более 4 миллиардов лет назад. Недавние миссии на Марс обнаружили все породы, необходимые для возникновения жизни таким же простым путем, включая бораты.