Как именно из неорганических молекул зародилась жизнь на Земле - один из самых загадочных вопросов научного мира. Недавно эксперты из исследовательского центра Скрипс Ресерч открыли целую совокупность химических реакций, способных сформировать строительные блоки жизни из материалов, которые ранее считались обычной составляющей первобытного супа ранней Земли.

Новый набор химических реакций возможно поможет объяснить происхождение жизни на нашей планете. Depositphotos

Считается, что первые формы жизни возникли на Земле миллиарды лет назад из богатой питательными веществами среды, которую нередко называют первобытным супом. По сути, молекулы, содержащиеся в нем, начали реагировать друг с другом, благодаря дополнительной энергии, например, ударам молнии или гидротермальным источникам. В результате образовались базовые органические соединения, позже аминокислоты, которые затем могли объединиться в пептиды и протеины и, в конечном итоге образовать живые клетки.

Конечно, все это сильно упрощено, и конкретные химические реакции, происходившие во время подобных процессов, остаются крайне туманными. Поэтому ученые пытаются приготовить собственные модели первобытного супа на основе тех компонентов, которые, как считается, были в изобилии в то время.

В рамках нового проекта сотрудники Скриппса изменили состав первобытного супа и обнаружили новый спектр химических реакций с использованием относительно простых ингредиентов, которые, вероятнее всего, были распространены на ранней Земле. Все, что не обходимо для "правильного секретно-ингредиентного супа" - цианид, аммиак, углекислый газ и альфа-кетокислоты.

Каждому из четырех ингредиентов отведена своя роль. Альфа-кетокислоты — это предшественники, которые живые клетки сегодня используют для производства аминокислот. Аммиак является источником азота, который необходим для процесса синтеза. Цианид осуществляет эту реакцию, а углекислый газ ускоряет ее.

"Мы думали, что разобраться в этом будет довольно сложной задачей, а всё оказалось намного проще", - рассказывает Раманараян Кришнамурти, ведущий автор исследования. "Если вы соедините только оксокислоту, цианид и аммиак, то все это просто останется там. Но как только добавите диоксид углерода, даже в самых незначительных объемах, реакция резко ускорится".

По мнению специалистов, этот процесс похож на то, как образуются аминокислоты в живых клетках. Только в данном случае цианид заменил ферменты, которые вряд ли могли существовать в первобытном супе. Такой простой механизм и сходство с современными биологическими процессами позволяют предположить, что это наиболее вероятный источник ранней жизни, чем другие гипотезы, требующие более радикальных процессов.

Анализ химического супа показал, что этот процесс в качестве побочного продукта образует оротат. Оротат является предшественником нуклеотидов, из которых состоят ДНК и РНК. Возможно, именно так были сформированы многие компоненты, необходимые для возникновения жизни.

"В будущем мы планируем выяснить, какие именно химические продукты могут образоваться из этой смеси", - говорит Кришнамурти. "Могут ли альфа-аминокислоты формировать простые белки? Может ли один из этих полипептидов превратиться в фермент и воспроизвести еще больше аминокислот?".

Результаты этой работы были зарегистрированы в международном издании Nature Chemistry.

Источники: Scripps Research Institute, journal Nature Chemistry.

1. (https://www.nature.com/articles/s41557-022-00999-w)

2. (https://www.scripps.edu/news-and-events/press-room/2022/20220728-krishnamurthy-origins-of-life-chemical-reactions.html)