Першою «Молекулою Життя» на Землі могло бути не ДНК, що не РНК, а з'єднання, недавно виявлене вченими в ціанобактеріях.
Ключовою подією зародження життя на Землі стала поява молекул здатних до самовідтворення (реплікації), тобто, передачі генетичної інформації потомству. Всі живі істоти на Землі (за винятком декількох груп вірусів, про приналежність яких до живих істот, правда, до цих пір ведуться жваві дискусії), як і всі вимерлі істоти, які вдалося на цей момент виявити, мають ДНК-геномами, а їх фенотип визначається кодованими в цих геномах різноманітними РНК і білками. Проте, є вагомі причини вважати, що появі ДНК-білкового світу три з половиною мільярди років тому передували більш прості форми життя, заснованої на РНК.
Наука і життя // Ілюстрації
Наука і життя // Ілюстрації
<
>
Відповідно до гіпотези, остаточно сформованої Уолтером Гільбертом в 1986 році, під час епохи, називаної «світом РНК», передана генетична інформація кодувалася в молекулах РНК, а фенотип проявлявся в ряді каталітичних властивостей РНК. Однак деталі роботи таких примітивних генетичних систем до сих пір залишаються загадкою.
Нещодавно була запропонована гіпотеза про існування ще більш ранніх, ніж РНК-організми, форм життя, згідно з якою генетична інформація в перших живих системах могла передаватися за допомогою так званих пептидних нуклеїнових кислот (ПНК). Такі гіпотетичні полімерні молекули ПНК, зокрема, могли бути побудовані з мономерів N- (2-аміноетил) гліцину (АЕГ). Полімерні ланцюги ПНК, побудовані на основі АЕГ (див. Малюнок), синтезовані і активно досліджуються. Зокрема, ряд фармацевтичних компаній вивчає можливість їх медичного застосування в якості «генетичних глушників», які блокують роботу певних генів.
Однак для прийняття цієї оригінальної гіпотези до недавнього часу існувало дуже серйозна перешкода - аміноетілгліцін в природі не виявлявся.
І ось, група американських і шведських учених опублікувала в авторитетному журналі PLoS ONE результати своєї роботи, в якій їм вдалося виявити присутність АЕГ в деяких ціанобактеріях. Це відкриття є воістину несподіваним і може привести до перегляду наших уявлень про зародження життя на Землі.
Ціанобактерії - одні з найбільш примітивних живих організмів, фотосинтетические грамнегативнібактерії; на ранніх етапах існування нашої планети вони були одними з найбільш важливих продуцентів атмосферного кисню. Найбільш древні скам'янілі останки ціанобактерій, виявлені в раннеархейскіх шарах породи в Західній Австралії, датуються 3,5 мільярдами років тому. Ціанобактерії - організми-космополіти; деякі їх представники, наприклад Prochlorococcus і Synechococcus, складають значну частину океанічного пікопланктона, інші - населяють екстремальні екосистеми, такі як геотермальні джерела, гіперсолених озера і вічну мерзлоту.
Автори вирішили дослідити вміст АЕГ в стерильних культурах штамів ціанобактерій з колекції Інституту Пастера. (АЕГ виявили в восьми штамах з усіх п'яти морфологічних груп, що відносяться як до азотфиксирующим, так і не здатним фіксувати азот ціанобактеріям.) Зміст АЕГ в цих штамах було досить істотним і становило від 281 до 1717 нг / г загальної маси бактерій. Для підтвердження спостереження вчені вимірювали вміст АЕГ у ціанобактерій, що мешкають в природних умовах водойм пустель Монголії, морів Катару і річок Японії, і виявили, що вміст АЕГ в них в середньому навіть вище, ніж в стерильних культурах.
Геноми двох з досліджених штамів (Nostoc PCC 7120 і Synechocystis PCC 6803), на щастя, виявилися повністю розшифрованими, що дозволило авторам співвіднести рівень вмісту АЕГ зі ступенем філогенетичного споріднення ціанобактерій. Виявилося, що, незважаючи на те, що їх геноми збігалися лише на 37%, рівень продукції АЕГ у цих штамів був приблизно однаковий. Поряд зі здатністю всіх п'яти морфологічних груп ціанобактерій синтезувати АЕГ, цей факт говорить про те, що здатність продукувати АЕГ є високо консервативної і еволюційно примітивної особливістю цих організмів.
Метаболічні функції і еволюційна роль АЕГ поки залишаються невідомими. Проте, отримані результати дозволяють, по крайней мере, не відкидати спокусливу гіпотезу, що присутність АЕГ в ціанобактеріях можна образно назвати «луною» найбільш ранніх етапів зародження життя на Землі, до появи «РНК-світу».
Ілюстрації: 1. Ціанобактерія Nostoc під мікроскопом. Великі клітини - гетероцисти, в яких відбувається фіксація азоту. 2. АЕГ [N- (2-аміноетил) гліцин] - мала молекула, здатна до формування ланцюга пептидного нуклеїнової кислоти (ПНК) шляхом полімеризації. A - мономер АЕГ. B - передбачувана роль АЕГ в формуванні ланцюгів ПНК. Три залишку АЕГ з'єднані з нуклеотидними підставами (Base) ацетильной зв'язком. З - передбачуваний патерн фрагментації похідного АЕГ 6-Амінохінол-N-сукцініміди-карбамат (співвідношення маса / заряд, m / z, - 459) в результаті зіткнень-індукованої дисоціації, що приводить до утворення дочірніх іонів з співвідношенням маса / заряд (m / z ) 171, 214, 289 і 119.
Джерело: Sandra Anne Banack, James S. Metcalf, Liying Jiang, Derek Craighead, Leopold L. Ilag, Paul Alan Cox. Cyanobacteria Produce N- (2-Aminoethyl) Glycine, a Backbone for Peptide Nucleic Acids Which May Have Been the First Genetic Molecules for Life on Earth. PLoS ONE 7 (11): e49043. doi: 10.1371 / journal.pone.0049043
