Гіпотеза про світ РНК стверджує, що молекули, що складаються з рибонуклеїнових кислот (РНК), відповідальні за початок еволюції та всього життя на Землі. Нещодавно вчені виявили новий важливий доказ, що підтверджує цю теорію.
Розуміння того, як складне життя виникло з простих хімічних елементів, є складним завданням, з яким вчені борються вже багато років.
Одним з питань, що виникають щодо гіпотези про світ РНК, було те, що молекули РНК, здатні до самовідтворення, занадто великі та складні, щоб виникнути спонтанно.
Тут на допомогу приходить молекула РНК, названа Quite Tiny 45 (QT45), детально описана в дослідженні, проведеному командою з Лабораторії молекулярної біології Медичного дослідницького ради Великобританії.
QT45 є полімеризом, що може діяти як фермент, прискорюючи хімічні реакції, щоб допомогти будувати молекули з генетичних шаблонів.
Дослідники показали, що вона може наближатися до самовідтворення, копіюючи свою комплементарну нитку (дзеркальне зображення оригінальної молекули РНК) і використовуючи цю нитку для створення копії самої себе в окремій реакції.
Це ще не повне самовідтворення, але це демонстрація двох ключових етапів процесу, які виконуються окремо. І це відбувається в молекулі, яка є достатньо маленькою та простою, щоб, можливо, існувала до початку життя. Як тільки генетичний матеріал може копіювати себе, життя може початися.
"Це дослідження дає уявлення про те, як могли виглядати найперші етапи життя і поглиблює наше розуміння основних молекул, які лежать в основі всіх живих систем", - говорить біохімік Едоардо Джанні з Лабораторії молекулярної біології.
QT45 (праворуч) менша за інші раніше виявлені полімеризми РНК (ліворуч). (Лабораторія молекулярної біології MRC)Сьогодні РНК фактично делегує завдання самовідтворення білкам. Вчені раніше показали, що команди молекул РНК можуть створювати копії самих себе, але до цього часу ці молекули, створені в лабораторних експериментах, були занадто великими та складними, щоб реально могли з'явитися в первісному бруді.
Щоб отримати простішу, меншу QT45, дослідники створили спеціально спроектовані, заморожені рідкі резервуари. У цих резервуарах було трильйон коротких випадкових послідовностей РНК: дослідники хотіли дізнатися, чи можуть якісь з цих комбінацій продемонструвати здатність копіювати та зшивати молекули РНК.
Після кількох раундів тестування та вдосконалення з'явилася QT45. Подальший аналіз і експерименти показали, що в оптимальних умовах молекула РНК може синтезувати себе (протягом 72 днів), а також інші шаблони РНК з зростаючою складністю - здатність і універсальність, які особливо обіцяють для гіпотези про світ РНК.
"Визначивши маленьку РНК, ми робимо всю ідею про те, що самовідтворююча РНК виникла спонтанно, набагато більш ймовірною, і завдяки її розміру вона змогла скопіювати всю себе та свій шаблон - на відміну від попередніх робіт, де копіювалися лише невеликі частини", - говорить Джанні.
Хоча це не досягає повного самовідтворення, QT45 довела, що може виконати два з найскладніших етапів. Деякі лабораторні хитрощі все ще були потрібні від дослідників, щоб створити повний цикл, подібний до того, що знадобилося б у природі.
Наступним кроком дослідники сподіваються збільшити як швидкість, так і вихід процесу копіювання QT45 - наразі це займає відносно багато часу для створення відносно невеликої кількості матеріалу, хоча ми все ще на дуже ранніх стадіях.
Хоча попереду ще багато викликів, ми тепер значно ближчі до розуміння того, як життя могло виникнути з самого початку, і як гіпотеза про світ РНК могла реалізуватися.
Цікавий факт
Ці відкриття важливі для пошуку життя на інших планетах. Коли ми отримаємо повну картину того, як основні хімічні елементи перетворилися на життя на Землі, це допоможе вченим краще виявляти подібні процеси на віддалених місяцях і планетах.