Новые эксперименты показывают, каким образом РНК могла образоваться не только на Земле, но и на других планетах.
Как возникла жизнь, остается нерешенным вопросом. Одним из ключевых компонентов может быть РНК, молекулярный «родственник» ДНК, присутствующий во всех формах жизни на Земле. Сейчас ученые заявляют, что им удалось доказать, как она могла образоваться на нашей планете миллиарды лет назад. Но не все убеждены в этом, и РНК, возможно, является лишь одной из многих молекул, которые могли дать начало жизни на других планетах. В статье, опубликованной на днях в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, астробиолог Юта Хиракава и его коллеги описывают, как условия на Земле около 4,3 миллиарда лет назад могли оказаться идеальными для зарождения жизни. В своем эксперименте они показали, что после крупного космического воздействия на Землю могла образоваться РНК, а впоследствии и жизнь.
Шаги, описанные исследователями, предполагают, «что РНК является неотъемлемым продуктом всех планет» — считает Стивен Беннер из Фонда прикладной молекулярной эволюции (США), соавтор статьи. А это, в свою очередь, «означает, что жизнь существует везде». В отличие от белков, которые осуществляют большинство химических реакций в современных клетках, и ДНК, которая хранит генетическую информацию, РНК может выполнять и то, и другое — одна из причин, по которой она долгое время считалась многообещающим кандидатом на роль первой молекулы жизни.
Под руководством Хиракавы, который в настоящее время работает в Японском агентстве морских и земных наук и технологий, исследовательская группа постаралась воссоздать условия, которые преобладали на нашей планете, когда, предположительно, впервые образовалась РНК. Они начали с подготовки пробирок, содержащих водную смесь веществ, похожих на те, которые, как считается, были распространены на ранней Земле, а затем нагрели их и дали высохнуть. Смеси включали химический «суп» из рибозы, нуклеотидов, реакционноспособного источника фосфора и минералов соединения под названием борат. Процесс нагрева и сушки, по словам Хиракавы, был «повсеместным на ранней Земле». «Таким образом, эта реакция должна была произойти».
Результатом эксперимента стало образование молекул, похожих на РНК, которые при минимальных дальнейших химических реакциях могли бы превратиться в настоящую РНК. Ученые считают, что это доказывает возможность естественного образования РНК в начале существования нашей планеты. Ли Кронин, эксперт по пребиотической химии из Университета Глазго, который не участвовал в написании статьи, говорит, что он не уверен в ее выводах, поскольку для получения и смешивания различных компонентов требовалось участие человека. «Тот факт, что они провели обратный инжиниринг синтеза РНК в правильных условиях, ничего не значит, — говорит он. — Обоснование правдоподобия является недостоверным».
Одним из ключевых выводов статьи является то, что борат не препятствует образованию предшественников жизни, как считалось ранее, а на самом деле способствует производству РНК. «Борат очень важен для стабилизации сахаров, которые являются нестабильными молекулами», — говорит Хиракава, отмечая также, что в результате реакций бората могут образовываться рибозофосфат и дегидратированный фосфат, две ключевые молекулы для последующего синтеза РНК. «Самым важным открытием нашего исследования является то, что борат способствует этим реакциям». Исследователи также обнаружили борат на Марсе, что повышает вероятность того, что жизнь могла возникнуть независимо на Красной планете, говорит Беннер. «Ранние атмосферные условия на Земле не сильно отличались от нынешних на Марсе», — добавляет он.
Тем не менее, гипотеза исследовательской группы требует некоторых серьезных внешних воздействий. А именно, крупный объект, врезавшийся в Землю, был бы наиболее очевидным способом доставки предшественников РНК. Они подсчитали, что для этого было бы достаточно объекта размером с астероид Веста, который находится в астероидном поясе. Этот ударный объект был бы отделен от объекта размером с Марс, который, как считается, вызвал образование Луны в результате столкновения с Землей, и был бы намного меньше его. Известные физические законы образования планет убедительно свидетельствуют о том, что средние по размеру столкновения, подобные тому, которое предлагается в новом исследовании, были относительно распространенными в ранние эпохи Земли.
Это означает, по мнению Беннера, что, вероятно, на других планетах также происходили столкновения, которые могли привести к аналогичным условиям. «Аргумент заключается в следующем: история столкновений является универсальной», — говорит он. "По мере того как планета наращивает свою орбиту вокруг звезды, она приобретает предшественников РНК и, предположительно, синтезирует РНК". И если этот сценарий верный, говорит он, это «означает, что жизнь есть везде, в том числе в миллиардах других звезд, подобных Солнцу [в Млечном Пути], которые почти наверняка имеют каменистые планеты». По мнению авторов, наиболее заметным результатом предполагаемого крупного столкновения стало появление молекул, необходимых для преобразования углевода рибозы в рибозофосфат.
Недавний анализ образцов астероида Бенну, собранных космическим аппаратом OSIRIS-REx НАСА в 2020 году и доставленных на Землю в 2023 году, также выявил наличие рибозы на этом астероиде. Это открытие еще больше подтверждает, что рибоза присутствовала на ранней Земле, говорит Йошихиро Фурукава из Университета Тохоку (Япония), который возглавил исследование рибозы и также является соавтором новой статьи, поскольку Бенну является показателем того же вида первоначального материала, из которого изначально сформировалась наша планета. «Таким образом, метеориты, подобные Бенну, должны были обеспечить строительные блоки жизни для добиотической Земли», — утверждает он.
Однако Кронин указывает, что Беннер и новое исследование по-прежнему полагаются на вклад человека в производство РНК, даже если это выглядит как результат естественного процесса. И даже при наличии всех необходимых ингредиентов шансы на фактическое производство РНК без участия человека чрезвычайно низки, говорит он, сравнивая это с выпадением флеша-рояля в покере. «Математическая вероятность обнаружения РНК в других местах Вселенной практически равна нулю», — заключает Кронин. Вместо этого, по его словам, многие другие молекулы, помимо РНК, могут быть ингредиентами жизни на других мирах. «РНК — это очень скучная молекула, — говорит он. — В ней нет ничего особенного, и есть масса альтернатив, которые могут выполнять ее функции». Однако роль бората в этом процессе «очень интересна», добавляет Кронин. «Работа исследователей с боратом — потрясающая, — считает он. — Она показывает, как необычные явления могут создавать молекулы, о которых мы и не думали».
