Как зародилась жизнь на Земле? Ученые, вероятно, нашли ответ
Загадка возникновения жизни на Земле уже не одно столетие будоражит умы ученых. Мы знаем, что когда-то нашу планету населяли лишь безжизненные молекулы, подчинявшиеся законам химии. Но как из этого хаоса возникла упорядоченная симфония жизни? Как на сцене, где царствовали бездушные элементы, появился первый актёр — живая клетка?
Новое исследование, проведенное командой ученых из Токийского технологического института и Калифорнийского технологического института, возможно, приоткрывает завесу этой тайны. Используя мощь компьютерного моделирования, они предприняли захватывающее путешествие в прошлое, пытаясь проследить эволюционный путь от примитивной геохимии к сложной биохимии, лежащей в основе всего живого.
Их подход напоминает работу детектива, который по крупицам восстанавливает картину преступления. Вместо улик у них — тысячи известных биохимических реакций, составляющих метаболизм современных организмов. Исследователи предположили: если современный метаболизм — потомок древних геохимических процессов, то в химии современной жизни должны оставаться следы, отголоски ушедшей эпохи.
Свою работу ученые начали с создания компьютерной модели, имитирующей условия ранней Земли. В этом цифровом «котле» смешались простейшие неорганические соединения — своеобразный «бульон» из железа, сероводорода, углекислого газа и аммиака. К ним добавили органические молекулы, которые могли возникнуть в результате абиогенного синтеза — первого шага на пути к жизни.
Затем, словно запустив ускоренную перемотку эволюции, ученые запустили симуляцию. Модель, опираясь на законы химии, комбинировала молекулы, создавая все более сложные соединения. Цель — получить строительные блоки жизни: аминокислоты, нуклеотиды, липиды.
Однако, как и в предыдущих исследованиях, модель споткнулась на полпути. Несмотря на обилие исходных веществ и разнообразие возможных реакций, многие ключевые компоненты живых клеток, словно заколдованные, оставались недосягаемыми. Казалось, между неорганическим миром и царством жизни пролегает непреодолимая пропасть.
Но ученые не сдали позиций. Внимательно изучив результаты моделирования, они обнаружили, что камнем преткновения стали пурины — важнейший класс органических соединений, формирующих основу ДНК и РНК.
Оказалось, что синтез пуринов в современной клетке — замкнутый цикл, своеобразный «вечный двигатель», который не может запуститься сам по себе. Для образования пуринов необходим аденозинтрифосфат (АТФ) — универсальный источник энергии в живых системах. Но сам АТФ синтезируется с помощью… пуринов!
Этот парадокс ученые назвали «пуриновым узким местом». Именно он, подобно непреодолимому барьеру, мешал модели перешагнуть из мира геохимии в мир биохимии.
Но решение оказалось неожиданно простым и элегантным. Исследователи предположили: на заре жизни роль АТФ могли играть неорганические полифосфаты — соединения, распространенные в молодой Солнечной системе.
Внеся соответствующие изменения в модель — заменив АТФ на полифосфаты всего в восьми реакциях — ученые с замиранием сердца повторили эксперимент.
И — о чудо! «Пуриновое узкое место» было преодолено! Модель, словно получив недостающий импульс, начала стремительно генерировать сложные органические соединения, в том числе — те самые «кирпичики» жизни, которые раньше были недосягаемы.
Конечно, это исследование — не финальная точка в изучении возникновения жизни. Однако, оно предлагает новый захватывающий взгляд на эту фундаментальную проблему.
Возможно, «рецепт» жизни гораздо проще, чем мы привыкли думать. И ключ к его разгадке скрывается не в экзотических гипотезах, а в глубоком понимании химии, которая лежит в основе нашего мира.