Древние белки дают новое представление о происхождении жизни на Земле

Смоделировав в лаборатории условия ранней Земли, ученые обнаружили, что без определенных аминокислот древние белки не смогли бы эволюционировать во все живые организмы на нашей планете, включая растения, животных и человека.

Результаты исследования, в котором подробно описано, как аминокислоты формировали генетический код древних микроорганизмов, проливают свет на загадку происхождения жизни на Земле.

«Вы видите одни и те же аминокислоты в каждом организме, от человека до бактерий и архей, и это потому, что все на Земле связано через это дерево жизни, которое имеет свое начало, организм, который был предком всего живого, — рассказывает Стивен Фрид, химик из Университета Джона Хопкинса, возглавлявший исследование вместе с учеными из Карлова университета в Чешской Республике. — Мы описываем события, которые повлияли на то, почему этот предок приобрел те аминокислоты, которые он приобрел».

Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Американского химического общества.

В лаборатории ученые имитировали первичный синтез белков 4 миллиарда лет назад, используя альтернативный набор аминокислот, которые были в изобилии до появления жизни на Земле.

Они обнаружили, что древние органические соединения включили в свою биохимию аминокислоты, наиболее подходящие для сворачивания белков. Другими словами, жизнь процветала на Земле не только потому, что определенные аминокислоты были доступны и легко производились в древней среде обитания, но и потому, что некоторые из них особенно хорошо помогали белкам принимать определенные формы для выполнения важных функций.

«Складывание белков, по сути, позволило нам эволюционировать еще до появления жизни на нашей планете. Эволюция могла произойти еще до появления биологии, естественный отбор химических веществ, полезных для жизни, мог произойти еще до появления ДНК», — поясняют ученые.

Хотя на древней Земле существовали сотни аминокислот, все живые организмы используют одни и те же 20 из этих соединений. Фрид называет эти соединения «каноническими». Но наука изо всех сил пытается определить, что же такого особенного в этих 20 аминокислотах.

В течение первого миллиарда лет существования Земли атмосфера состояла из различных газов, таких как аммиак и углекислый газ, которые вступали в реакцию с высоким уровнем ультрафиолетового излучения, образуя некоторые из более простых канонических аминокислот. Другие попали на Землю через специальные метеориты, представляющих собой смешанный мешок ингредиентов, которые помогли жизни на Земле завершить набор из 10 «первых» аминокислот.

Как образовались остальные — это открытый вопрос, на который команда Фрида пытается ответить с помощью новых исследований, тем более что эти космические камни содержали гораздо больше «современных» аминокислот.

«Мы пытаемся выяснить, что особенного было в наших канонических аминокислотах, — рассуждает Фрид. — Были ли они выбраны по какой-то особой причине?»

По оценкам ученых, возраст Земли составляет 4,6 миллиарда лет, а ДНК, белки и другие молекулы начали формировать простые организмы всего 3,8 миллиарда лет назад. Новое исследование предлагает новый взгляд на загадку того, что произошло за это время.

«Для эволюции в дарвиновском смысле необходимы все эти сложные способы преобразования генетических молекул, таких как ДНК и РНК, в белки. Но для репликации ДНК также требуются белки, так что мы имеем проблему курицы и яйца. Наше исследование показывает, что природа могла отбирать строительные блоки с полезными свойствами еще до дарвиновской эволюции», — отмечают исследователи.

Ученые обнаружили аминокислоты в астероидах, расположенных далеко от Земли.  Это позволяет предположить, что данные соединения распространены в других местах Вселенной. Поэтому Фрид считает, что новое исследование может также иметь последствия для возможности обнаружения жизни за пределами Земли.

Эксклюзивный перевод

Фото: paleontol.ru

Поделиться:

Подписывайтесь на краткие, но содержательные новости со всего мира
глазами молодого поколения в Телеграм и ВКонтакте.

Почитайте также

Имплантируемые батареи, потребляющие кислород, помогают убить рак

485 Несмотря на десятилетия исследований и десятки миллиардов долларов, потраченных на исследования и лечение во …