«Адказы на некалькі пытанняў пра паходжанне жыцця былі дадзены, але многае яшчэ трэба будзе вывучыць», — сказалі Стэнлі Мілер і Гаральд Уры ў далёкім 1959 годзе пасля паведамлення аб лабараторным сінтэзе амінакіслот у першабытных зямных умовах. Шмат дасягненняў, аднак навукоўцы даўно б'юцца над фундаментальным пытаннем - які генетычны матэрыял быў першым утвораны на першабытнай зямлі, ДНК or РНК, ці патроху абодвух? Зараз ёсць доказы гэтага ДНК і РНК абодва маглі суіснаваць у першабытным супе, адкуль маглі развіцца формы жыцця з адпаведным генетычным матэрыялам.
Гэта абвяшчае цэнтральная дагма малекулярнай біялогіі ДНК робіць РНК робіць бялкі. Вавёркі адказваюць за большасць, калі не за ўсе рэакцыі, якія адбываюцца ў арганізме. Ад іх наяўнасці і ўзаемадзеяння шмат у чым залежыць уся функцыянальнасць арганізма бялок малекулы. Згодна з цэнтральнай догмай, бялкі вырабляюцца інфармацыяй, якая змяшчаецца ў ДНК які ператвараецца ў функцыянальны бялок праз мессенджер пад назвай РНК. Аднак не выключана, што бялкі самі могуць выжыць незалежна без якіх-небудзь ДНК or РНК, як у выпадку з прыёнамі (няправільна складзеныя бялок малекул, якія не змяшчаюць ДНК or РНК), але могуць выжыць самастойна.
Такім чынам, можа быць тры сцэнары ўзнікнення жыцця.
А) Калі бялкі або яго будаўнічыя блокі змаглі ўтварыцца абіятычна падчас атмасферы, якая існавала мільярды гадоў таму ў першабытным супе, бялкі можна назваць асновай паходжанне жыцця. Эксперыментальныя доказы ў яго карысць прыходзяць з вядомага эксперыменту Стэнлі Мілера1, 2, які паказаў, што калі сумесь метану, аміяку, вады і вадароду змешваюцца разам і цыркулююць міма электрычнага разраду, утвараецца сумесь амінакіслот. Гэта было яшчэ раз пацверджана праз сем гадоў3 у 1959 годзе Стэнлі Мілерам і Гаральдам Уры заявілі, што прысутнасць аднаўляльнай атмасферы ў першапачатковай зямлі прывяла да сінтэзу арганічны злучэнняў у прысутнасці вышэйзгаданых газаў плюс меншыя колькасці вокісу вугляроду і вуглякіслага газу. Актуальнасць эксперыментаў Мілера-Юры на працягу некалькіх гадоў ставілася пад сумнеў навуковай супольнасцю, якая лічыла, што газавая сумесь, выкарыстаная ў іх даследаваннях, была занадта аднаўляючай у адносінах да ўмоў, якія існавалі на першапачатковай Зямлі. Шэраг тэорый паказваў на нейтральную атмасферу, якая змяшчае лішак CO2 з N2 і вадзяной парай4. Аднак нейтральная атмасфера таксама была ідэнтыфікавана як верагоднае асяроддзе для сінтэзу амінакіслот5. Акрамя таго, для бялкі каб выступаць у якасці вытокаў жыцця, яны павінны самаўзнаўляцца, што прыводзіць да спалучэння розных бялкі задаволіць розныя рэакцыі, якія адбываюцца ў арганізме.
Б) Калі першабытны суп забяспечваў умовы для будаўнічых блокаў ДНК і / або РНК утварацца, то любы з іх мог быць генетычным матэрыялам. Даследаванне да гэтага часу спрыяла РНК быць генетычным матэрыялам для паходжання формаў жыцця дзякуючы іх здольнасці згортвацца ў сябе, існаваць як адзіная нітка і дзейнічаць як фермент6, здольны зрабіць больш РНК малекулы. Шэраг ферментаў РНК, якія самаўзнаўляюцца7 былі выяўленыя на працягу многіх гадоў мяркуючы РНК быць зыходным генетычным матэрыялам. Гэта яшчэ больш пацвердзілася даследаваннем, праведзеным групай Джона Сазерленда, якое прывяло да ўтварэння дзвюх асноў РНК у асяроддзі, падобным да першапачатковага супу, шляхам уключэння ў сумесь фасфату8. Утварэнне будаўнічых блокаў РНК таксама было паказана шляхам мадэлявання аднаўляльнай атмасферы (змяшчае аміяк, угарны газ і ваду), падобнай да той, якая выкарыстоўвалася ў эксперыменце Мілера-Юры, а затым прапускаючы праз іх электрычныя разрады і магутныя лазеры.9. Калі РНК лічыцца ініцыятарам, тады калі і як гэта адбылося ДНК і ўзнікаюць вавёркі? зрабіў ДНК развівацца як генетычны матэрыял пазней з-за няўстойлівай прыроды РНК і бялкоў рушылі ўслед іх прыкладу. Адказы на ўсе гэтыя пытанні пакуль застаюцца без адказу.
C) Трэці сцэнар, што ДНК і РНК могуць суіснаваць у першапачатковым супе, які прывёў да зараджэння жыцця, узнік з даследаванняў, апублікаваных 3rd Чэрвень 2020 г. групай Джона Сазерленда з лабараторыі MRC у Кембрыджы, Вялікабрытанія. Даследчыкі змадэлявалі ўмовы, якія існавалі на першабытнай Зямлі мільярды гадоў таму, з неглыбокімі сажалкамі ў лабараторыі. Яны спачатку раствараюць хімічныя рэчывы, якія ўтвараюцца РНК у вадзе з наступнай сушкай і награваннем, а потым уздзеяннем УФ-выпраменьвання, якое імітавала сонечныя прамяні, якія існавалі ў спрадвечныя часы. Гэта не толькі прывяло да сінтэзу двух будаўнічых блокаў РНК але і з ДНК, мяркуючы, што абедзве нуклеінавыя кіслоты суіснавалі ў момант зараджэння жыцця10.
Зыходзячы з сучасных ведаў, якія існуюць сёння і ўшаноўваючы цэнтральную догму малекулярнай біялогіі, здаецца праўдападобным, што ДНК і РНК існавалі разам, што прывяло да зараджэння жыцця і адукацыі бялкоў пазней.
Аднак аўтар жадае выказаць здагадку іншы сцэнар, калі ўсе тры важныя біялагічныя макрамалекулы, г.зн. ДНК, РНК і бялок існавалі разам у першапачатковым супе. Брудныя ўмовы, якія існавалі ў першабытным супе, уключаючы хімічную прыроду зямной паверхні, вывяржэнні вулканаў і наяўнасць такіх газаў, як аміяк, метан, угарны газ, вуглякіслы газ разам з вадой, магчыма, былі ідэальнымі для фарміравання ўсіх макрамалекул. Намёк на гэта дае даследаванне, праведзенае Ферусам і соавт., дзе ў той жа аднаўленчай атмасферы ўтварыліся нуклеасновы.9 выкарыстаны ў эксперыменце Мілера-Юры. Калі верыць у гэтую гіпотэзу, то ў ходзе эвалюцыі розныя арганізмы пераймалі той ці іншы генетычны матэрыял, які спрыяў іх існаванню.
Аднак, калі мы спрабуем зразумець паходжанне формаў жыцця, патрабуецца шмат далейшых даследаванняў, каб адказаць на фундаментальныя і актуальныя пытанні аб тым, як зарадзілася і распаўсюджвалася жыццё. Гэта запатрабуе «нестандартнага» падыходу, не абапіраючыся на якія-небудзь забабоны, унесеныя ў наша мысленне цяперашнімі догмамі, якія прытрымліваюцца ў навуцы.
***
Спасылкі:
1. Мілер С., 1953. Вытворчасць амінакіслот у магчымых прымітыўных умовах Зямлі. Навука. 15 мая 1953 г.: вып. 117, выпуск 3046, с. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Пребиотический суп-перагляд эксперыменту Мілера. навука 02 мая 2003 г.: Вып. 300, выпуск 5620, с. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Мілер SL і Urey HC, 1959. Сінтэз арганічных злучэнняў на першабытнай Зямлі. Навука 31 ліпеня 1959 г.: Вып. 130, выпуск 3370, с. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Кастынг JF, Говард MT. 2006. Склад атмасферы і клімат на ранняй Зямлі. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361: 1733–1741 (2006). Апублікавана:07 верасня 2006 г. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH і інш 2008. Пераацэнка пребиотического арганічнага сінтэзу ў нейтральных планетарных атмасферах. Orig Life Evol Biosph 38: 105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Цаўг, А.Я., Чэх Т.Р. 1986. Прамежкавая паслядоўнасць РНК Тэтрагімена - фермент. Навука 31 студзеня 1986 г.: Вып. 231, Выпуск 4737, стар. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J і інш 2011. Рыбазім-каталізуецца транскрыпцыя актыўнага рибозима. навука 08 крас.: Вып. 332, Выпуск 6026, С. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Сінтэз актываваных пиримидиновых рибануклеотидов ў пребиотически верагодных умовах. Прырода 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Фарміраванне нуклеасноў у аднаўленчай атмасферы Мілера-Юры. ПНАС 25 красавіка 2017 г. 114 (17) 4306-4311; упершыню апублікавана 10 красавіка 2017 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Сюй Дж., Чмела В., Грын Н. і інш. 2020 Селектыўнае адукацыю прэбіётыкаў РНК пірымідыну і ДНК пурынавых нуклеазідаў. Nature 582, 60–66 (2020). Апублікавана: 03 чэрвеня 2020 г. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
