Новое понимание того, как аминокислоты формировали генетический код древних микроорганизмовНовое понимание того, как аминокислоты формировали генетический код древних микроорганизмов
Моделируя в лаборатории условия ранней Земли, исследователи обнаружили, что без определенных аминокислот древние белки не могли бы эволюционировать во все живое на планете, включая растения, животных и людей.
Полученные результаты, подробно описывающие, как аминокислоты формировали генетический код древних микроорганизмов, проливают свет на тайну зарождения жизни на Земле. "Вы видите одни и те же аминокислоты в каждом организме, от человека до бактерий и архей, и это потому, что все вещи на Земле связаны через это дерево жизни, которое имеет свое начало, организм, который был предком всех живых существ", - рассказывает Стивен Фрид, химик из Университета Джона Хопкинса, который руководил исследованием. "Мы описываем события, которые определили, почему этот предок получил те аминокислоты, которые он получил". Результаты исследования недавно опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.
В лабораторных условиях исследователи имитировали первобытный синтез белка 4 миллиарда лет назад, используя альтернативный набор аминокислот, которые были в изобилии до возникновения жизни на Земле. Они обнаружили, что древние органические соединения включили в свою биохимию аминокислоты, наиболее подходящие для сворачивания белков. Другими словами, жизнь процветала на Земле не только потому, что некоторые аминокислоты были доступны и легко производились в древней среде обитания, но и потому, что некоторые из них особенно хорошо помогали белкам принимать специфическую форму для выполнения важнейших функций. "Сворачивание" белков, по сути, позволяло нам осуществлять эволюцию еще до того, как на нашей планете появилась жизнь", - говорит Фрид. "Эволюция могла происходить еще до появления биологии, естественный отбор химических веществ, полезных для жизни, мог происходить еще до появления ДНК".
Несмотря на то, что на первозданной Земле были сотни аминокислот, все живые существа используют одни и те же 20 из этих соединений. Фрид называет эти соединения "каноническими". Но наука изо всех сил пытается определить, что же такого особенного - если вообще что-то особенное - в этих 20 аминокислотах. В течение первого миллиарда лет атмосфера Земли состояла из целого ряда газов, таких как аммиак и углекислый газ, которые вступали в реакцию с высоким уровнем ультрафиолетового излучения и образовывали некоторые из простых канонических аминокислот. Другие были доставлены метеоритами, которые принесли смесь ингредиентов, которые помогли жизни на Земле завершить набор из 10 "ранних" аминокислот.
Как появились остальные - открытый вопрос, на который команда Фрида пытается ответить в новом исследовании, особенно потому, что эти космические камни принесли гораздо больше, чем "современные" аминокислоты. "Мы пытаемся выяснить, что особенного было в наших канонических аминокислотах", - говорит Фрид. "Были ли они выбраны по какой-то особой причине?"
По оценкам ученых, возраст Земли составляет 4,6 миллиарда лет, а ДНК, белки и другие молекулы начали формировать простые организмы только 3,8 миллиарда лет назад. Новое исследование предлагает новые ключи к разгадке тайны того, что произошло в промежуточный период. "Для эволюции в дарвиновском смысле слова необходимо иметь весь этот сложный способ превращения генетических молекул, таких как ДНК и РНК, в белки. Но для репликации ДНК также требуются белки, поэтому возникает проблема курицы и яйца", - пояснил Фрид. "Наше исследование показывает, что природа могла отобрать строительные блоки с полезными свойствами еще до дарвиновской эволюции".
Ученые обнаружили аминокислоты в астероидах, удаленных от Земли, что позволяет предположить, что эти соединения вездесущи в разных уголках Вселенной. Именно поэтому Фрид считает, что новое исследование может иметь последствия для возможности обнаружения жизни за пределами Земли. "Вселенная, похоже, любит аминокислоты", - говорит Фрид. "Возможно, если мы найдем жизнь на другой планете, она не будет настолько отличаться".
