Ученые воссоздали процесс самостоятельной эволюции РНК: как появилась жизнь
То, как именно жизнь возникла из неживой материи, является одной из самых серьезных тайн для современной науки. Давно предполагалось, что РНК действовала как своего рода предшественник ДНК — если бы эти простые молекулы существовали в «первичном бульоне» ранней Земли, они могли бы начать самовоспроизводиться и диверсифицироваться в различные формы. По мере того как молекулы становились все более сложными, они могли в конечном итоге дать начало клеткам с молекулами ДНК, породившими все формы жизни, которые мы видим сегодня.
Каким бы изящным ни было это объяснение, оставалось неизвестным, могут ли молекулы РНК на самом деле претерпевать такого рода эволюцию. Для нового исследования этого вопроса токийские ученые провели долгосрочный эксперимент по репликации РНК.
Команда инкубировала молекулы РНК-репликазы в каплях воды, заключенных в масло, при 37 °C в течение пяти часов за один раз. Затем в смесь добавляли питательные вещества, разбавляя раствор до одной пятой от исходной концентрации, и перемешивали перед тем, как оставить инкубировать еще на пять часов. Этот процесс повторялся в течение 240 циклов, в общей сложности 1200 часов эксперимента — так ученые пытались отчасти имитировать условия первичного бульона.
И действительно, молекулы РНК со временем мутировали и диверсифицировались. Единственный исходный «вид» в конечном итоге разветвился на пять разных линий, популяция которых колебалась, прежде чем стабилизироваться. Между различными родословными возникла сеть взаимодействий — самое интригующее, сотрудничество, которое помогло им более эффективно воспроизводиться.
Что значит это открытие для мировой науки
«Честно говоря, мы изначально сомневались, что настолько разные РНК могут эволюционировать и находиться на одной территории», — заявил Рё Мизуучи, автор исследования. «В эволюционной биологии "принцип конкурентного исключения" утверждает, что более одного вида не могут сосуществовать, если они конкурируют за одни и те же ресурсы. Это означает, что молекулы должны установить способ использования различных ресурсов для каждой своей разновидности для устойчивого разнообразия. Однако это всего лишь молекулы, поэтому мы задались вопросом, могут ли неживые химические виды спонтанно "разработать" подобные инновации».
Хотя эксперимент показывает, что РНК могла сама пройти эволюционный путь и привести к появлению сложной жизни, подобный сценарий совсем не обязательно имел место в реальном мире. Команда планирует провести дальнейшие эксперименты, чтобы более подробно раскрыть то, как РНК могла проложить путь к живым системам.
Новая находка может закрыть большой пробел в загадке того, как зародилась жизнь на Земле.