Ученые выявили молекулу-предшественницу РНК и ДНК

Строительные блоки ДНК и РНК могли возникнуть одновременно, еще до того, как на Земле зародилась жизнь. Ученые впервые нашли убедительные доказательства того, что РНК и ДНК вероятно возникли из одной и той же молекулы-предшественницы около четырех миллиардов лет назад.

В последнее десятилетие ведущей версией в теории происхождения жизни на Земле была гипотеза «мира РНК». Но открытие, результаты которого были опубликованы в журнале Nature Chemistry, полностью перечеркивает эту научную точку зрения. 

Так, до сих пор считалось, что формы ранней жизни основывались исключительно на РНК и лишь позднее эволюционировали так, что смогли преобразоваться до состояния, которое привело к возникновению ДНК. Эта теория всегда подвергалась критике со стороны ряда ученых, но из-за невозможности подтвердить или опровергнуть другие точки зрения гипотеза «мира РНК» считалась самой вероятной. 

Дело в том, что РНК (рибонуклеиновая кислота) и ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) очень похожи по своему химическому составу, но специалисты никогда не могли до конца понять, как одно преобразовалось в другое в период зарождения жизни на Земле. Единственное объяснение, которое могли дать ученые, это то, что ранние организмы имели особый фермент, который участвовал в процессе преобразования. Однако определить химический состав данного вещества не могли.

Из-за отсутствия любой доказательной базы синтеза РНК и ДНК эксперты в этой области считали, что до появления ДНК основой первых форм жизни была простая и универсальная РНК. Но недавнее исследование группы ученых под руководством Раманараянана Кришнамурти, доктора философии и доцента химических наук, показало, что с большой долей вероятности РНК и ДНК возникли практически одновременно на первых этапах зарождения жизни.

К подобным выводам специалисты пришли, когда смогли определить соединение, которое, возможно, присутствовало в пребиотический период (этап, предшествовавший появлению жизни) и выполняло важнейшую задачу по связыванию строительных блоков как РНК, так и ДНК в более крупные цепи.

Данное соединение известно под названием тиоуридин. Оно, скорее всего, присутствовало на Земле до возникновения жизни и было химическим предшественником нуклеозидных строительных блоков ранних РНК. 

Команда специалистов продемонстрировала, как в несколько этапов химических реакций можно преобразовать предшественник строительного блока РНК в строительный блок ДНК – дезоксиаденозин. Также было показано, как тиоуридин преобразуется в дезоксирибозу, которая тесно связана с дезоксиаденозином и, возможно, также является предшественником ранних строительных блоков ДНК. Ученые считают, что именно такие процессы в такой же точно последовательности и происходили в пребиотическом мире.

Соавтор исследования, доктор философии и специалист по молекулярной биологии Джон Сазерленд предположил, что на заре жизни РНК и ДНК могли быть одной структурой, которая стала «праматерью» первых генов. При этом эксперты считают, что даже если РНК и ДНК и возникли как одно целое, то очень скоро они перешли на строгое «разделение обязанностей», которое существует по сей день: ДНК служит для стабильного долгосрочного хранения генетической информации, а РНК выполняет свой особый набор задач, включая производство белков, транспортировку и кратковременное хранение генетической информации. «Они стали выполнять ту работу, которую умеют делать лучше всего», – иронизирует Кришнамурти. 

Исследования в данной области продолжаются. Ученые надеются, что смогут предоставить еще более убедительные доказательства того, что РНК и ДНК зародились практически одновременно.