Как ДНК и РНК создали жизнь на Земле: новая теория о происхождении всего живого
И РНК, и ДНК определяют генетический состав всей биологической жизни, причем ДНК действует как генетический план, а РНК — как считыватель или декодер. Долгое время считалось, что РНК сначала развилась на Земле, а затем эволюционировала ДНК, но появляется все больше свидетельств того, что они могли появиться в одно и то же время и оба были вовлечены в зарождение жизни на планете.
Исследование 2021 года подтвердило эту идею, объяснив, как простое соединение диамидофосфат (DAP), которое, возможно, предшествовало жизни на Земле, может связывать строительные блоки ДНК, называемые дезоксинуклеозидами, в основные цепи ДНК.
«Это открытие является важным шагом на пути к разработке подробной химической модели того, как на Земле возникли первые формы жизни», — заявил химик Раманараянан Кришнамурти из Scripps Research в Калифорнии еще в январе 2021 года.
Полученные данные подтверждают идею о том, что и ДНК, и РНК развивались вместе в результате одних и тех же химических реакций в начале жизни на нашей планете, и что первые самовоспроизводящиеся молекулы могли быть смесью обеих этих нуклеиновых кислот, а не только РНК, как предполагает более устоявшаяся гипотеза «мира РНК».
Что не так с РНК?
Одна из больших проблем с идеей о том, что только РНК породила жизнь на Земле, заключается в том, как РНК смогла пройти необходимый процесс самовоспроизведения — для расщепления РНК обычно требуются ферменты, которые развились после РНК.
Из того, что мы знаем до сих пор, кажется, что РНК действительно была задействована в инженерии жизни — и последние эксперименты показали, что на ее месте могла быть ДНК, создавая «химерные» молекулярные нити, которые могут разделяться легче, чем одна РНК.
Серия лабораторных тестов, проведенных исследователями, смоделировала то, что могло произойти до зарождения жизни на Земле, и показала, как DAP мог формировать базовую ДНК почти так же, как РНК может собираться из химических строительных блоков.
«К нашему удивлению, мы обнаружили, что использование DAP для взаимодействия с дезоксинуклеозидами работает лучше, когда дезоксинуклеозиды не все одинаковы, а вместо этого представляют собой смеси разных букв ДНК, таких как A и T или G и C, как настоящая ДНК», — пояснил биолог-химик Эдди Хименес из Scripps Research.
Возможно, мы никогда не узнаем наверняка, помогла ли ДНК РНК сформировать первые формы жизни на нашей планете, учитывая, что это произошло миллиарды лет назад, но наше понимание этих процессов продолжает развиваться.
Исследование полезно не только с точки зрения того, как оно связано с происхождением жизни, но и понимание взаимосвязи РНК-ДНК может найти множество применений в современной химии и биологии. «Теперь, когда мы лучше понимаем, как первичная химия могла создать первые РНК и ДНК, мы можем начать использовать ее на смесях строительных блоков рибонуклеозидов и дезоксинуклеозидов, чтобы увидеть, какие химерные молекулы образуются — и могут ли они самореплицироваться и развиваться», — отметил Кришнамурти.
