Зарождение жизни на Земле: ученые только что воссоздали ту самую химическую реакцию

Фото: SciTechDaily

Одна из теорий предполагает, что до нынешней эры жизни, основанной на ДНК, на Земле существовала разновидность молекулы, также известная как рибонуклеиновая кислота (РНК). Она до сих пор является важнейшим компонентом жизни на нашей планете, может воспроизводить себя и катализировать другие химические реакции, пишет Science Alert.

Сами молекулы РНК состоят из более мелких компонентов, известных как рибонуклеотиды. Ученые десятилетиями пытаются понять, как эти строительные блоки могли впервые сформироваться на ранней Земле, а затем объединились в РНК.

Кандидат наук в области химии пребиотиков в Университете Нового Южного Уэльса Куок Фуонг Чан вместе с коллегами из разных уголков мира годами пытаются воспроизвести эту цепочку реакций, которая должна была произойти для образования РНК. Увы, это задача не из простых.

Химикам уже известно, какая бы реакция не привела к образованию рибонуклеотидов, она, вероятно, произошла в беспорядочной и сложной среде, существовавшей на Земле миллиарды лет назад. В своей новой работе Чан с командой изучали, какую роль в этом процессе могли сыграть "автокаталитические" реакции, в результате которых образуются химические вещества, способные воспроизвести ту же реакцию. Простыми словами, они способны поддерживать себя самостоятельно при различных обстоятельствах.

В ходе исследования ученые интегрировали автокатализ в известный путь производства строительных блоков рибонуклеотидов, который, вероятно, мог происходить с простыми молекулами и в сложных условиях, соответствующих ранней Земле.

Формозная химическая реакция была впервые обнаружена в 1861 году и является одним из лучших примеров автокаталитической реакции, которая могла произойти на ранней Земле. По сути, она начинается с одной молекулы простого соединения гликоляльдегида и заканчивается двумя. По словам Чана, этот механизм основан на постоянном притоке другого простого соединения — формальдегида.

Далее реакция между гликольдегидом и формальдегидом образовывает более крупную молекулу, которая отщепляется от ферментов — они возвращаются в реакцию и, по сути, поддерживают ее. Как только формальдегид заканчивается, реакция прекращается, а ее продукты начинают разлагаться из сложных молекул сахара в смолу.

Отметим, что формозная реакция хорошо изучены и имеет общие ингредиенты с хорошо известным химическим путем образования рибонуклеотидов — этот процесс известен как путь Паунера-Сазерленда. Однако до сих пор никому из ученых не приходило в голову связать два этих явления и на то были веские причины.

Чан отмечает, формозная реакция известна своей "неселективностью". Простыми словами, этот путь приводит к образованию множества бесполезных молекул на ряду с нужными. Однако в своем исследовании Чан с коллегами попытались добавить к формозной реакции дополнительную простую молекулу цианамид. Это позволило "устранять" некоторые молекулы, образованные в ходе реакции.

Команда обнаружила, что в результате реакции все еще образовывалось большое количество строительных блоков рибонуклеотидов, однако они более стабильны и менее склонны к деградации. Команда отмечает, что наиболее интересным в их исследовании является интеграция формозной реакции и производства рибонуклеотидов. Фактически ученые стали первыми, кто это сделал: в более ранних исследованиях каждый из этих процессов изучался, но по отдельности.

К слову, это открытие также может быть полезно для промышленности. Дело в том, что автокатализ имеет промышленное применение: при добавлении цианамида в формозную реакцию еще одним производимым продуктом является 2-аминооксазол, используемый в химических исследованиях и для производства множества фармацевтических препаратов.

Обычное производство этого химического вещества использует цианамид и гликольдегид, однако последний чрезвычайно дорог. Теперь ученые думают, что его в действительности можно получить из формозной реакции, для запуска которой потребуется лишь небольшое количество гликольдегида — это может существенно сократить затраты.

По словам Чана, в данный момент они с командой оптимизируют эту процедуру и надеются, что им удастся манипулировать автокаталитической реакцией для удешевления химических реакций, кроме того, они станут более эффективными.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform