Пробив в определянето на произхода на живота на Земята и може би на Марс

Рибонуклеиновата киселина (РНК), аналог на ДНК, който вероятно е първият генетичен материал на Живота, спонтанно се образува върху стъкло от базалтова лава, обявяват учени от Фондацията за приложна молекулярна еволюция. Такова стъкло е било в изобилие на Земята преди 4,35 милиарда години. Подобни базалти от това време са оцелели на Марс и до днес.

Съвременните организми кодират и предават наследствената си информация чрез ДНК и я реализират с помощта на протеини. Но се смята, че животът е започнал с РНК, чиито молекули могат да изпълняват както информационна функция (като ДНК), така и каталитична функция (като протеини). Предполага се, че появата на първите пълноценни клетки е предшествана от дълъг период на 'РНК свят' и химическа еволюция на РНК. Но тогава възниква въпросът как толкова много от тези молекули са се появили на ранната Земя? Отделните им компоненти са прости и лесно се образуват по време на абиогенни процеси. Но комбинирането им в полимери на нуклеинова киселина не е толкова лесно.

Научните общности, изучаващи произхода на живота, през последните години използват "сложни химически схеми, изискващи трудна химия, извършвана от опитни химици“, отбелязва Стивън Бенър (Steven Benner), съавтор на изследването, публикувано онлайн в списание Astrobiology.

Но именно поради сложността на тази химия, тя не може да обясни как всъщност е възникнал животът на Земята.

За разлика от тези насоки, проучването на Фондацията използва по-опростен подход. Водено от Елиса Бионди (Elisa Biondi), проучването показва, че се образуват дълги РНК молекули с дължина 100-200 нуклеотида, докато нуклеозидните трифосфати не правят нищо повече от просмукване през базалтово вулканично стъкло. Такива минерали се образуват по време на бързото втвърдяване на базалтовата магма, която е била в изобилие на повърхността на младата Земя.

_{Тахилит - тъмно, непрозрачно базалтово вулканично стъкло, образувано при застиването на базалтова лава. Кредит: Wikimedia Commons}

„Базалтовото стъкло е било навсякъде по Земята по това време“, отбеляза Стивън Мойзис (Stephen Mojzsis), геолог, който също участва в изследването. „В продължение на няколкостотин милиона години след образуването на Луната, честите удари, съчетани с обилен вулканизъм върху младата планета,са образували разтопена базалтова лава, източник на базалтовото стъкло. Ударите също така са изпарили водата, предизвиквайки появата на земната суша и осигурявайки водоносни хоризонти, където може да се образува РНК."

Екипът показва, че тези сблъсъци доставят и никел, с чиято помощ се получават нуклеозидни трифосфати от нуклеозиди и активиран фосфат, също открит във вулканичното стъкло. Веднъж попаднали в сместа върху повърхността на вулканичното стъкло, такива нуклеотиди образуват полимери - реакцията се катализира от никела.

Боратът (както и боракса), също идващ от базалта, контролира образуването на тези трифосфати.

Същите сблъскващи се със Земята обекти, които са образували стъклото, също така временно са редуцирали атмосферата със своите метални желязо-никелови ядра. В такава среда могат да се образуват РНК бази, чиито последователности съхраняват генетична информация. По-рано екипът показва, че нуклеозидите се образуват чрез проста реакция между рибозен фосфат и РНК бази.

„Красотата на този модел е неговата простота. Може да бъде тестван от гимназисти в час по химия“, коментира Ян Шпачек (Jan Špaček), който не е участвал в това проучване, но разработва инструмент за откриване на извънземни генетични полимери на Марс. "Смесваме съставките, изчакваме няколко дни и РНК е там."

Същите скали разрешават и други парадокси в създаването на РНК по пътя от прости органични молекули до първата РНК.

„Например боратът управлява образуването на рибоза, „R“ в РНК“, добавя Бенър. Този път тръгва от прости въглехидрати, които „не може да не“ са се образували в атмосферата над примитивната Земя. Те са били стабилизирани от вулканичен серен диоксид и след това са паднали на повърхността, за да създадат резервоари от органични вещества.

Така това изследване завършва пътя, който създава РНК от малки органични молекули, които почти сигурно са присъствали на ранната Земя. Един-единствен геоложки модел се движи от една и две въглеродни молекули, за да даде молекули на РНК достатъчно дълги, за да поддържат дарвиновата еволюция.

„Остават важни въпроси“, предупреждава Бенър. "Все още не знаем как всички градивни блокове на РНК са дошли до една и съща обща форма, връзка, известна като хомохиралност."

Хиралността на живота

^{Съществуването на огледални версии на молекулите се нарича хиралност. Молекулите на аминокиселини и захари могат да се сгъват в две огледално-симетрични структури - огледални една на друга като лявата и дясната ни ръка и няма разлика между тях в химичните им свойства.}

^{Всички живи организми на Земята обаче използват само една от тези форми - само L-аминокиселини и само D-захари.} 

^{Ако молекулата в биологичната система се замени с огледалната й версия, системата често ще функционира неправилно или ще спре да функционира изобщо. В случая на ДНК, една захар с грешна ориентация би нарушила стабилната спирална структура на молекулата.}

^{Може да се различават L и D молекулите по тяхното взаимодействие със светлината. Когато чист изомер преминава през разтвор, равнината на поляризираната светлина се завърта по посока на часовниковата стрелка или обратно. И още откривателят на  тази биологична хомохиралност, Луи Пастьор, предполага, че не химическите, а физичните свойства на оптичните изомери са довели до това, че някои от тях доминират в биосферата.} 

^{От откриването на това свойство на живота през 1848 г. и досега то остава една от основните загадки на биологията-  учените се питат дали хомохиралността на живота се е появила случайно или заради някакъв неизвестен фактор.}

Тази новина има значение и за Марс, тъй като същите минерали, стъкла и сблъсъци са присъствали и на Марс по това време. Но Марс не е имал континентален дрейф и тектоника на плочите, които са погребали повечето скали от Земята, по-стари от 4 милиарда години. Така че на повърхността на Марс остават скали от съответното време. Последните мисии до Марс са открили всички необходими скали, включително борат.

_{Марс Кредит: Pixabay/CC0 Public Domain}

„Ако животът се е появил на Земята по този прост път, тогава той вероятно се е появил и на Марс“, коментира Бенър. "Това прави още по-важно да търсим живот на Марс възможно най-скоро."

Справка:

1. Craig A. Jerome et al, Catalytic Synthesis of Polyribonucleic Acid on Prebiotic Rock Glasses, Astrobiology (2022). DOI: 10.1089/ast.2022.0027
2. Hyo-Joong Kim et al, Prebiotic stereoselective synthesis of purine and noncanonical pyrimidine nucleotide from nucleobases and phosphorylated carbohydrates, Proceedings of the National Academy of Sciences (2017). DOI: 10.1073/pnas.1710778114
3. Hyo-Joong Kim et al, A Prebiotic Synthesis of Canonical Pyrimidine and Purine Ribonucleotides, Astrobiology (2019). DOI: 10.1089/ast.2018.1935

Източник:

Scientists announce a breakthrough in determining life's origin on Earth—and maybe Mars
Foundation for Applied Molecular Evolution

Още по темата

12/04/2022

Животът

5500 нови РНК вирусни вида, открити в океана. Проследяване на произхода на вирусите и произхода на живота

22/02/2022

Животът

7 теории за произхода на Живота

02/02/2022

Животът

Първите живи организми са зависели от смъртоносен отровен газ

22/12/2021

Космос

90-годишна космическа загадка: Защо главите на кометите може да са зелени, но никога опашките им