Как из неживого зародилась жизнь? Как РНК учится копировать себя – ученые воссоздают первый шаг эволюции

Учёные впервые смогли запустить процесс, напоминающий самокопирование РНК в лабораторных условиях. Это не просто очередной шаг в понимании происхождения жизни — это экспериментальное доказательство того, что ключевая молекула-прародительница могла воспроизводить себя миллиарды лет назад. Исследователи из Университетского колледжа Лондона под руководством Джеймса Эттуотера нашли способ обойти главное препятствие, которое десятилетиями мешало воссоздать «РНК-мир»: проблему «липкости» двойных спиралей.

«Липкая» проблема: почему РНК не хотела копироваться

Гипотеза «РНК-мира» давно считается одной из самых влиятельных. Она предполагает, что на заре жизни рибонуклеиновая кислота (РНК) выполняла сразу две функции: хранила генетическую информацию и катализировала химические реакции, подобно белкам-ферментам. Однако на практике воссоздать самокопирующуюся РНК оказалось крайне сложно. Основная загвоздка — двойные спирали РНК невероятно прочно сцеплены друг с другом. Разделить их, чтобы дать возможность достроить новые копии, практически невозможно: цепи «застегиваются» обратно быстрее, чем ферменты успевают сделать свою работу.

Хитрый ход: триплеты и температурные качели

Команда Эттуотера предложила элегантное решение. Вместо того чтобы копировать длинные цепи целиком, они использовали короткие «кирпичики» — триплеты, наборы из трёх нуклеотидов РНК. Процесс выглядит как хорошо срежиссированный химический танец:

• Сначала РНК-фермент в форме двойной спирали смешивают с триплетами.
• Раствор подкисляют и нагревают до 80°C, заставляя спираль разойтись на отдельные нити. Триплеты «прилипают» к нужным местам, формируя «перекладины» будущей новой спирали.
• Затем раствор делают щелочным и резко охлаждают до -7°C. Вода начинает замерзать, оставшаяся незамерзшая жидкость становится сверхконцентрированной, и РНК-фермент сшивает триплеты в единую новую цепь.

Результат впечатляет: учёным удалось скопировать участок длиной до 30 «букв» из РНК-фермента, который сам состоит из 180 «букв». Это пока не полная победа, но убедительное доказательство того, что принцип работает.

Не просто химия: отголоски древнейшего механизма

Самое поразительное — это параллели с современной жизнью. В наших клетках генетический код тоже триплетный: каждая аминокислота кодируется последовательностью из трёх нуклеотидов. «Может существовать взаимосвязь между тем, как биология копировала свою РНК в прошлом, и тем, как биология использует РНК сегодня», — предполагает Эттуотер. Более того, триплеты, которые с наибольшей вероятностью участвовали бы в естественной репликации в далёком прошлом, — это как раз те, из которых, как считается, и состоял самый первый, примитивный генетический код. Комментарий Закари Адама из Висконсинского университета в Мадисоне добавляет ещё один штрих: новая работа «может указывать на чисто химическую роль триплетов РНК-нуклеотидов, которую они могли выполнять до появления живой клетки». Возможно, сначала эти триплеты были просто удобными химическими «конструкторами», а уже потом, в ходе эволюции, на них «нагрузили» информационную задачу. Исследователи уверены, что подобные условия могли существовать на молодой Земле. Процесс требует пресной воды, так что, скорее всего, это происходило на суше. Идеальными кандидатами выглядят геотермальные системы — горячие источники и гейзеры, где вода то нагревается, то остывает, то становится более кислой, то более щелочной.