Ученые нашли еще одно «недостающее звено» химии происхождения мира: В этом принимала участие космическая пыль

10.11.2017 1:54

Ученые и раньше предполагали, что существует некая реакция, но не могли ее уловить.

Американским ученым из исследовательского института Скриппса во время проведения исследований удалось найти простую молекулу, от которой и зародилась жизнь на Земле. Процесс этот произошел спонтанно, но активность этой молекулы была еще до того, как в так называемом «первичном бульоне» появилась атмосфера. До этого ученые установили, что первые живые клетки появились, благодаря процессу фосфорилирования, принимающему непосредственное участие в формировании белковых цепочек, ДНК и РНК. Основной «движущей силой» здесь является диамидофосфат, способный действовать при различных температурах и наличии воды.
Раньше ученым никак не удавалось получить доказательства существования реакции фосфорилирования, хотя астрономы были уверены, что химический процесс подобного плана должен был происходить на Земле в древние времена. Диамидофосфат, являющийся, по сути, аналогом фосфорилирования, удалось вывести непосредственно на днях. И опытным путем доказать, что он способствует фосфорилированию РНК, вне зависимости от температурных и погодных условий. Соединения подобного рода были обнаружены в космической пыли, поэтому их присутствие при зарождении жизни на Земле вполне возможно.

Диамидофосфат способствует появлению коротких РНК-цепей в сочетании с катализатором имидазола – об этом сообщают химики из TSRI. Сначала работа велась над разбором РНК, ДНК и фосфатов на составные части, в результате чего было установлено, что в реакциях между мембранами будущих клеток существовал этот, впоследствии исчезнувший, элемент. Также ученые пришли к выводу, что диамидофосфат является универсальным химическим элементом. К тому же, методом экспериментов химики, синтезировав молекулы различных классов, определили, что диамидофосфат принадлежит к классу сахаров.
Жизнь, видимо, была «запущена» следующим образом: ортофосфорная кислота (точнее ее остатки) во время реакции фосфорилирования включались в состав органических молекул небольшого размера. Таким образом, происходило постепенное превращение нуклеозидов в нуклеотиды, которые являются основным «строительным материалом» для молекул ДНК и РНК. В свою очередь, из фосфорилированных аминокислот получаются короткие белковые цепочки, называемые пептидами.

На самом деле процесс фосфориллирования обеспечивается в живых организмах и специальными ферментами (киназами). Но так как они представляют собой сложные по составу молекулы, то химики уверены, что в «первичном бульоне» они существовать не могли. Примечательно, что сам термин «первичный бульон» был внедрен советским биологом Александром Опариным для характеристики субстанции, возникшей четыре миллиарда лет тому назад среди мелких водоемов, существовавших на нашей планете еще задолго до того, как здесь появилась атмосфера. Его основными составляющими были соединения, в которых присутствовал углеводород.
Кстати, в процессе изучения обстоятельств, способствовавших появлению этого «первичного бульона», ученые решили воссоздать весь процесс по шагам в условиях лаборатории. Надо сказать, что опыт был достаточно успешным – удалось создать рибонуклеиновую кислоту. Для начала биохимики провели синтез неорганических соединений молекулы, из которых состоит РНК, а затем уже воссоздали и кислоту. При этом ученые пользовались лишь простейшими химическими реакциями, которые потенциально могли происходить при стандартных условиях.

Первые молекулы РНК, из которой и возникла органическая жизнь, появились чуть менее четырех миллиардов лет назад. Эта кислота на протяжении долгого времени считалась доминирующей в эволюционном процессе. Довольно популярная ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) возникла уже на более поздних этапах, когда организмы стали более сложными, и для их построения потребовалась некая внутренняя схема.
Впоследствии российские биологи, исследовав «первичный бульон» попытались в теории применить его к нынешнему времени. И оказалось, что состав условно воссозданной жидкости, представляющей собой содержимое первичного океана нашей планеты, вполне соответствует уровню, на котором возможно поддержание жизнедеятельности современных бактерий. Конечно, организмам необходимо еще приспособиться к существованию в таком растворе, но, в целом, они вполне могут обитать в нем.

Основы гипотезы зарождения жизни на Земле, которые сформулировал Александр Опарин еще в 1922 году, были подтверждены и доказаны в середине прошлого века биохимиками из США Юри и Миллером. Эти ученые пытались воспроизвести условия, которые были на Земле в ранний период. Для этого они взяли метан, аммиак, воду и угарный газ. Пар от подогретого «бульона» их этих веществ они пропускали сквозь колбу с электродами, после чего охлаждали. По наблюдению ученых, спустя небольшой период времени в веществе начали появляться аминокислоты. Но первые попытки «поселить» в получившееся вещество бактерий потерпели крах. Причиной тому стали цианиды и некоторые другие вещества, которые являются токсичными для современных бактерий.
Биохимики предположили, что другой причиной стал недостаток времени, чтобы «новозаселенные» бактерии могли приспособиться к неизвестной пока для них среде. Тогда на примере одной из самых устойчивых современных бактерий, кишечной палочке, они проверили эту теорию. Изначально поселив ее в среду с несколькими компонентами «первичного бульона», затем доводя его до стандартного состояния. Несколько поколений кишечной палочки гибли, но этот процесс постепенно замедлялся, сменяясь на приспосабливаемость к новым условиям. И в итоге микроорганизмы смогли спокойно существовать в первичном океане Земли.

Источник