Ще одну частину пазла розкрито: як утворилося перше життя та які процеси цьому сприяли
- Дослідження показало, що бор може стабілізувати рибозу в агресивних умовах, затримуючи її розпад.
- Геологічні дані свідчать про наявність умов на ранній Землі, які дозволяли бору накопичуватися у водних басейнах, сприяючи еволюції перших форм життя.
Походження життя досі лишається однією з найбільших загадок науки. Згідно з гіпотезою "світу РНК", перші його форми покладалися на молекули рибонуклеїнової кислоти, які одночасно зберігали генетичну інформацію та виконували функції каталізаторів. Проте ключовий компонент цієї системи – рибоза – вирізняється надзвичайною крихкістю.
Тривалий час було невідомо, як ці молекули могли накопичуватись в агресивних умовах ранньої Землі. Нове дослідження, щойно опубліковане в журналі SAGE, вказує на роль одного з поширених мінералів. Саме він міг суттєво змінити перебіг хімічної еволюції.
Дивіться також Усе живе має спільного предка, але його гени ще старші: як це взагалі можливо
Яка речовина стала стати архітектором перших кроків біологічної еволюції?
Сучасна біологія розглядає РНК як центральну ланку, що організовувала первісні життєві системи до появи складніших механізмів на основі білків та ДНК. Рибоза відіграє критичну роль у цій структурі, з'єднуючи азотисті основи з фосфатним кістяком молекули. Проте відтворення процесу її виникнення в лабораторних умовах стикається з серйозною перешкодою: рибоза є вкрай нестабільною та реактивною сполукою.
Хоча вона може утворюватися з формальдегіду під час так званої реакції формози, у сильному лужному середовищі цей цукор зазвичай руйнується майже відразу після свого виникнення. Це змушувало багатьох дослідників сумніватися, що саме рибоза була першим будівельним блоком життя.
У чому полягав експеримент
Група дослідників на чолі з Юною Такахаші провела серію експериментів, щоб з'ясувати, як присутність бору впливає на життєздатність рибози. Вчені імітували умови ранньої Землі, додаючи формальдегід і глікоальдегід у гарячу воду з температурою 45 градусів Цельсія та підтримуючи лужний рівень pH близько 12.
У ході дослідження використовувалися різні концентрації борату – розчиненого іона оксиду бору, який здатен утворювати комплекси з цукрами.
Результати
Результати аналізів показали цікаву закономірність: хоча бор дещо обмежує максимальну кількість рибози, що утворюється на початку реакції, він радикально сповільнює процес її подальшого розпаду.
В експериментах без додавання бору концентрація рибози стрімко падала, тоді як у середовищі з високим вмістом цієї речовини через 72 години залишалося приблизно в шість разів більше цукру.
Стабілізуючий ефект бору пояснюється його здатністю зв'язуватися з молекулами цукру в їхніх кільцевих формах, що захищає їх від руйнівних хімічних перетворень у лужному середовищі. Крім того, бор перешкоджає розпаду проміжних сполук, таких як розгалужені пентози, що також сприяє тривалому збереженню необхідних для життя компонентів.
Що каже геологія?
Геологічні дані підтверджують, що такі умови цілком могли існувати на планеті мільярди років тому. Бор є елементом, який зазвичай накопичується в породах континентальної кори, а не в мантії чи океанічному дні.
Хоча великі материки сформувалися пізніше, дослідження кристалів циркону віком 4.4 мільярда років вказують на наявність певних масивів суші вже на ранніх етапах існування планети. У Гренландії в метаосадових породах віком близько 3.8 мільярда років були знайдені мінерали, що містять бор, зокрема турмалін.
Це свідчить про існування закритих басейнів або лагун, де вода могла насичуватися бором через гідротермальну активність.
Дивіться також У центрі Чумацького Шляху знайшли незвичну органічну сполуку: чому це важливо для пошуку життя
Стародавні лабораторії життя
Тож такі багаті на бор локації могли служити природними лабораторіями. Формальдегід і глікоальдегід, що утворювалися в атмосфері під впливом світла, розчинялися в океанічній воді та могли накопичуватися в подібних басейнах.
Окрім стабілізації рибози, бор відігравав й інші важливі ролі: він сприяв синтезу рибонуклеозидів, допомагав приєднувати фосфатні групи та навіть стимулював формування коротких білкових ланцюжків з амінокислот.
Таким чином, мінеральне багатство перших протоконтинентів створило унікальний фундамент для виникнення та взаємодії перших функціональних біополімерів, що зрештою призвело до появи життя.