Поява перших білків та їх взаємодія з РНК на добіотичній Землі було ключовим кроком у походженні та ранній еволюції життя. Однак як на Землі, яка недавно сформувалася з’явилися ці перші органічні полімери? Схоже, група дослідників з Японії знайшла правдоподібну відповідь на цю давню загадку зародження життя.
Рибонуклеїнові кислоти (РНК) — біополімери, здатні нести генетичну інформацію, подібно ДНК, і каталізувати біологічні реакції, подібно білкам. Взаємодії між білками і РНК підтримують основні біологічні процеси, включаючи синтез білків (трансляцію), синтез РНК по ДНК (транскрипцію) і регуляцію експресії генів. Зародження цих взаємодій було ключовим етапом у походженні життя і, як вважають дослідники, відбулося на початку так званого світу РНК або при переході від світу РНК до систем «ДНК — білок».
І якщо теорії абіогенного (тобто без допомоги живих істот) синтезу РНК знаходять все більше експериментальних підтверджень, що дозволяють отримати ланцюжки довжиною в 100-200 ланок, то для білків не все так просто. Різні амінокислоти — складові ланки білків – могли бути отримані як в результаті наземного синтезу, так і доставкою астероїдом на пребіотичну Землю. Подальший синтез пребіотичних пептидів (малих ланцюгів амінокислот) вивчали протягом десятиліть з урахуванням різних геологічних умов молодої Землі, включаючи вулканічні геотермальні поля, гідротермальні поля, донні відкладення та припливні мілини, а також можливий вплив мінералів, солей, іонів та величин рН.
Однак найкращий результат, який змогли отримати в лабораторії, обмежувався пептидами, що складаються з 20 амінокислот. Притому що зазвичай відомі сьогодні білки, що виконують будь-яку значну функцію в клітині, складаються з сотень, а то і десятків тисяч амінокислот. Крім того, сильно лужні умови, в яких були отримані такі пептиди, несумісні з синтезом РНК через її низьку стабільність. Та й наявність подібних умов на Землі часів катархею (відразу після її формування) вкрай сумнівно.
Група дослідників з Університету Тохоку (Японія) запропонувала свій механізм абіотичного синтезу перших білкових ланцюжків на молодій Землі. У центрі цього механізму – борна кислота і її солі, що сприяють полімеризації амінокислот в ланцюжки пептидів. Докладний опис свого дослідження автори навели в статті, опублікованій в журналі Communications Chemistry.
Мінерали, що містять бор, були знайдені в достатку в деяких найдавніших осадових породах, знайдених на Землі: наприклад, у метаосадках віком 3,8 мільярда років у Гренландії. При цьому за ізотопним складом бору в цих мінералах можна припустити, що розчинені борати і борна кислота були збагачені в ізольованих басейнах, імовірно, накопичували і амінокислоти з іншими органічними матеріалами.
Подібні басейни повинні були поступово випаровуватися і знову поповнюватися водою з глобального океану з розчиненими в ній органічними речовинами, тим самим накопичуючи всі необхідні складові для абіогенного синтезу РНК і білків. Раніше було показано, як борати та борна кислота сприяють утворенню РНК. У новому дослідженні японські вчені продемонстрували, що в присутності цих же речовин можуть спонтанно утворюватися поліпептиди довжиною до 39 амінокислот.
За словами авторів дослідження, вкрай важливо, що всі реакції проходять в нейтральному і слабокислому середовищах, найбільш ймовірних для катархейської Землі. Адже таким чином багате бором нейтральне випарне середовище послужила б ідеальним місцем для утворення і взаємодії між двома найбільш важливими полімерами на пребіотичній Землі.