Химики нашли ключевые реакции, которые помогли возникновению жизни

©Henning Dalhoff

Цианид мог катализировать абиогенный синтез аминокислот и нуклеотидов на ранней Земле, обеспечив запас «строительных блоков» для будущих биологических молекул.

Жизнь на Земле зародилась около четырех миллиардов лет назад, когда планета была покрыта обширным океаном. Первым этапом этого долгого процесса была химическая эволюция — возникновение сложных органических молекул из более примитивных предшественников. Считается, что этот ключевой переход привел к формированию «первичного бульона» — насыщенного раствора веществ, в котором появлялись и эволюционировали РНК и протоклетки — уже вполне полноценные зародыши жизни.

Однако как именно это произошло, остается во многом неясным. Сегодня живые организмы способны синтезировать и аминокислоты (компоненты белков), и нуклеотиды (звенья цепочек ДНК и РНК) из простых неорганических исходных веществ. Но для этого у них есть ферменты, катализирующие нужные реакции. В океане ранней Земли ферментов, разумеется, не было, а значит, встает вопрос о том, как именно появился в нем весь набор аминокислот и нуклеотидов.

Несколько месяцев назад Раманараян Кришнамурти (Ramanarayanan Krishnamurthy) и его коллеги показали, что катализатором многих превращений органических веществ могут служить обычные цианиды. Цианид — несложное соединение углерода и азота, которое часто встречается в космосе и было представлено на ранней Земле. Поэтому ученые продолжили изучение его возможной роли в появлении «строительных блоков» жизни. Результаты их работы представлены в статье, опубликованной в журнале Nature Chemistry.

На этот раз химики обратились к синтезу аминокислот. Сегодня живые клетки могут получать их из более простых кетокислот, используя для этого специальные ферменты. Существуют свидетельства о том, что кетокислоты могли присутствовать на ранней Земле. Поэтому ученые решили проверить, способен ли цианид помогать их превращению в аминокислоты без участия белков, в неживой природе.

И действительно, во время экспериментов было показано, что цианид в присутствии источника азота (аммиака) и небольших количеств углекислого газа приводит к образованию из кетокислот широкого спектра аминокислот. Такие реакции напоминают происходящее в живых клетках, за исключением того, что проходят в неживой среде, без участия ферментов. Они протекают при комнатной температуре и в широком диапазоне рН. Более того, в числе побочных продуктов — оротовая кислота, вещество, которое выступает одним из предшественников для синтеза нуклеотидов.

Таким образом, химики показали, что среди простых соединений, имевшихся на ранней Земле, могли без какого-либо участия живых организмов протекать реакции, приводящие к возникновению аминокислот и нуклеотидов, важнейших «кирпичиков» для более сложных биомолекул. Теперь ученые собираются выяснить, как именно они полимеризовались, образовав белки и нуклеиновые кислоты, с которых и началась настоящая жизнь.