Химики обнаружили реакцию, создавшую жизнь на Земле

Немецкие химики нашли недостающее звено, выстроив всю цепочку реакций, которые могли привести к появлению молекул РНК из простейших и наиболее распространённых в космосе химических соединений. Результаты работы опубликованы журналом Science.

Химическая эволюция молекул, приведшая к возникновению жизни, остаётся одним из самых интригующих вопросов современной биологии. Предполагается, что предтечами любых организмов были молекулы РНК, способные выполнять роль одновременно и носителей изменчивой информации, подобно ДНК, и катализаторов химических реакций— как белковые ферменты. Неизбежные ошибки и мутации сделали эти рибозимы чрезвычайно эффективными: этот процесс продемонстрирован и в лабораторных условиях. Однако такая картина "РНК-мира", предшествовавшего миру живого, до сих пор наталкивается на серьёзное препятствие.

В отличие от аминокислот, которые складывают белки и довольно легко образуются из простых и распространённых молекул, найти механизмы абиогенного синтеза (возникновение живого из неживого) РНК нуклеозидов оказалось намного сложнее. Несколько лет назад группа кембриджского химика Джона Сазерленда (John Sutherland) показала путь, который мог привести к появлению двух пиримидиновых нуклеозидов, цитидина (Ц) и уридина (У). Однако для двух пуриновых, аденозина (А) и гуанозина (Г), такой вариант не подходит.

Поиски реакций и условий, которые способны привести к образованию пуриновых нуклеозидов, продолжаются уже десятки лет, и уже установлены многие шаги этого процесса. Однако благодаря недавней работе, проведённой группой профессора Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана Томаса Карелла (Thomas Carell), цепочка реакций стала завершённой.

Она начинается с простейших и распространённых в космосе молекул синильной кислоты (HCN). Растворённые в воде, они легко превращаются в аминопиримидины. До сих пор главную трудность представлял следующий шаг: все девять аминогрупп у этих молекул высоко активны и вступают в реакцию примерно с равной частотой, но для образования пуринов подходит лишь одна из них. Лишь теперь Томасу Кареллу с соавторами удалось найти условия, в которых реагирует именно "правильная" аминогруппа. В присутствии муравьиной кислоты или формамида и при нагревании смеси аминопиримидинов учёные добились высокого (до 90 процентов) выхода формамидопиримидина.

И формамид, и муравьиная кислота достаточно распространены в космосе: не так давно миссия Rosetta обнаружила их в составе кометы 67Р/Чурюмова — Герасименко. Они вполне могли присутствовать и на ранней Земле, обеспечив появление формамидопиримидина. Путь от этой молекулы до пуриновых нуклеозидов также неплохо установлен: в присутствии гидроксида кальция он может реагировать с простейшими сахарами, гликольальдегидом и глицеральдегидом, давая неплохой выход непосредственных предшественников аденозина (А) и гуанозина (Г).

Таким образом, немецким химикам удалось воспроизвести недостававшее последнее звено. Теперь восстановлена вся цепочка реакций, которая могла привести к появлению нуклеозидов из цианида и муравьиной кислоты. А значит, понятней стала и последовательность событий, которая увенчалась появлением рибозимов — а затем и первых живых организмов.