Найден ключ к разгадке саморазмножения нуклеиновых кислот в ранней биосфере

Группа ученых из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана (Германия) обнаружила потенциальную эволюционную среду, в которой нуклеиновые кислоты — ключевые строительные блоки жизни — могли самостоятельно реплицироваться. Это открытие может пролить свет на процессы, которые привели к возникновению жизни на Земле. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.

Фото: nasa.gov by NASA, CC0

Вопрос о том, как появилась жизнь на Земле, остается одной из нерешенных загадок науки. Согласно общепринятой теории, репликация генетического материала, а именно нуклеиновых кислот ДНК и РНК, была критическим процессом в зарождении жизни.

РНК обладает способностью хранить генетическую информацию и катализировать собственную репликацию, формируя двухцепочечные спирали. Благодаря этим свойствам, молекулы РНК могут мутировать, развиваться, адаптироваться к разным условиям, а в конечном итоге и кодировать белки — основополагающие элементы жизни. Чтобы такой процесс состоялся, РНК должны реплицироваться в виде двойной цепи, а затем снова разделяться для завершения цикла воспроизведения.

В новом исследовании ученые создали лабораторную модель, в которой восходящий поток воды испаряется при пересечении с перпендикулярным потоком газа, что приводит к накоплению молекул растворенного газа на поверхности воды. Этот же поток создает вихревые движения в воде, вызывая накопление ДНК на границе раздела газ-вода.

Спустя пять минут после начала эксперимента концентрация ДНК увеличилась в три раза, а через час на границе раздела обнаружили уже в 30 раз больше молекул.

Для измерения разделения цепей ДНК ученые применяли FRET-спектроскопию. Этот метод позволяет оценить, связаны ли цепи ДНК между собой: высокий сигнал FRET указывает на связанные цепи, а низкий — на разделенные.

В ходе моделирования потока воды исследователи обнаружили, что вихрь на границе раздела газ-вода вызывает рост концентрации соли, что могло способствовать разделению нитей ДНК.

По мнению авторов исследования, моделирование условий зарождения жизни на Земле поможет также в поиске обитаемых сред на других планетах.

Уточнения

Биосфе́ра (от др.-греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности, а также совокупность её свойств как планеты, где создаются условия для развития биологических систем; глобальная экосистема Земли.