Зарождение жизни на Земле

Иллюстрация Петра Перевезенцева

Происхождение жизни на Земле — вот многовековая тайна, которая по-прежнему будоражит умы.  Четыре миллиарда лет назад Земля выглядела совсем иначе. Ее покрывал океан, первобытный бульон, в котором в течение миллионов лет зарождалась жизнь. Сначала в нем должны были появиться молекулярные кирпичики жизни — аминокислоты и нуклеиновые кислоты, из которых складывались белки и ДНК.

Сегодня в живых клетках аминокислоты образуются из предшественников, называемых α-кетокислотами, с использованием азота и белков-катализаторов, называемых ферментами.

Но как это происходило в ранние исторические времена, когда никаких клеток еще не было? Тут две возможности. Либо в первичном бульоне существовали α-кетокислоты, из которых получались аминокислоты. Но эта реакция не идет без участия ферментов, а их в первичном бульоне не было. Либо аминокислоты образовывались из альдегидов. Свет на эту развилку пролили ученые из Исследовательского института Скриппса.

Они предположили, что роль фермента в превращении α-кетокислоты в аминокислоту может сыграть обыкновенный цианид. Поскольку исследователи знали, что потребуется азот, они добавили аммиак, который, как и цианид, в достатке должен был присутствовать на ранней Земле. Затем, методом проб и ошибок, они обнаружили третий ключевой ингредиент — углекислый газ.

Если смешать только кетокислоту, цианид и аммиак, то ничего не произойдет. Но стоит добавить углекислый газ, даже в незначительных количествах, как реакция начинает набирать скорость. Причем реакция идет при комнатной температуре и в широком диапазоне рН.

Интересно, что побочный продукт той же реакции — оротат, предшественник нуклеотидов, составляющих ДНК и РНК. Поэтому исследователи считают, что эта реакция, скорее всего, была источником ранней жизни на Земле. Могут ли аминокислоты начать формировать маленькие белки? Может ли один из этих белков вернуться и начать действовать как фермент для производства большего количества этих аминокислот? Ответы на эти вопросы исследователи планируют получить в ближайшее время.

Ученые придумали новую парадигму для объяснения перехода от пребиотической химии к биотической. Но даже если эта гипотеза в дальнейшем не подтвердится (а мне кажется, что она весьма убедительна), польза от открытия новых реакций все равно очень большая. Простые реакции из дешевого сырья крайне нужны на производстве, где делают на заказ биомолекулы — для фармакологии и научных исследований.