Зародження життя на Землі: вчені щойно відтворили ту саму хімічну реакцію

Одна з теорій припускає, що до нинішньої ери життя, заснованої на ДНК, на Землі існував різновид молекули, також відомий як рибонуклеїнова кислота (РНК). Вона досі є найважливішим компонентом життя на нашій планеті, може відтворювати себе і каталізувати інші хімічні реакції, пише Science Alert.

Самі молекули РНК складаються з дрібніших компонентів, відомих як рибонуклеотиди. Вчені десятиліттями намагаються зрозуміти, як ці будівельні блоки могли вперше сформуватися на ранній Землі, а потім об'єдналися в РНК.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Кандидат наук у галузі хімії пребіотиків в Університеті Нового Південного Уельсу Куок Фуонг Чан разом із колегами з різних куточків світу роками намагаються відтворити цей ланцюжок реакцій, що мав відбутися для утворення РНК. На жаль, це завдання не з простих.

Хімікам уже відомо, яка б реакція не призвела до утворення рибонуклеотидів, вона, ймовірно, відбулася в безладному і складному середовищі, що існувало на Землі мільярди років тому. У своїй новій роботі Чан з командою вивчали, яку роль у цьому процесі могли зіграти "автокаталітичні" реакції, внаслідок яких утворюються хімічні речовини, здатні відтворити ту саму реакцію. Простими словами, вони здатні підтримувати себе самостійно за різних обставин.

Під час дослідження вчені інтегрували автокаталіз у відомий шлях виробництва будівельних блоків рибонуклеотидів, який, імовірно, міг відбуватися з простими молекулами й за складних умов, що відповідають ранній Землі.

Формозна хімічна реакція була вперше виявлена 1861 року і є одним із найкращих прикладів автокаталітичної реакції, яка могла статися на ранній Землі. По суті, вона починається з однієї молекули простої сполуки гліколяльдегіду і закінчується двома. За словами Чана, цей механізм ґрунтується на постійному припливі іншої простої сполуки — формальдегіду.

Далі реакція між глікольдегідом і формальдегідом утворює більшу молекулу, яка відщеплюється від ферментів — вони повертаються в реакцію і, по суті, підтримують її. Як тільки формальдегід закінчується, реакція припиняється, а її продукти починають розкладатися зі складних молекул цукру в смолу.

Зазначимо, що формозна реакція добре вивчена і має спільні інгредієнти з добре відомим хімічним шляхом утворення рибонуклеотидів — цей процес відомий як шлях Паунера-Сазерленда. Однак досі нікому з учених не спадало на думку пов'язати два ці явища і на те були вагомі причини.

Чан зазначає, формозна реакція відома своєю "неселективністю". Простими словами, цей шлях призводить до утворення безлічі непотрібних молекул поряд із потрібними. Однак у своєму дослідженні Чан з колегами спробували додати до формозної реакції додаткову просту молекулу ціанамід. Це дало змогу "усувати" деякі молекули, утворені під час реакції.

Команда виявила, що в результаті реакції все ще утворювалася велика кількість будівельних блоків рибонуклеотидів, однак вони є більш стабільними та менш схильними до деградації. Команда зазначає, що найцікавішим у їхньому дослідженні є інтеграція формозної реакції та виробництва рибонуклеотидів. Фактично вчені стали першими, хто це зробив: у більш ранніх дослідженнях кожен із цих процесів вивчався, але окремо.

До речі, це відкриття також може бути корисним для промисловості. Річ у тім, що автокаталіз має промислове застосування: під час додавання ціанаміду в формозну реакцію ще одним виробленим продуктом є 2-амінооксазол, який використовують у хімічних дослідженнях і для виробництва безлічі фармацевтичних препаратів.

Звичайне виробництво цієї хімічної речовини використовує ціанамід і глікольдегід, однак останній надзвичайно дорогий. Тепер учені думають, що її насправді можна отримати з формозної реакції, для запуску якої потрібна лише невелика кількість глікольдегіду — це може істотно скоротити витрати.

За словами Чана, наразі вони з командою оптимізують цю процедуру і сподіваються, що їм вдасться маніпулювати автокаталітичною реакцією для здешевлення хімічних реакцій, крім того, вони стануть ефективнішими.

Раніше Фокус писав про предка всього складного життя на Землі: мікроорганізм розкрив головну еволюційну віху.