|
Молекулярное сотрудничество на пороге жизни
|
|
|
|
Белкоподобные агрегаты, известные как амилоиды, могут связываться с молекулами генетического материала. Вполне возможно, что эти два типа молекул стабилизировали друг друга в ходе развития жизни — и это могло даже проложить путь к генетическому коду. Как организмы развиваются из неживой материи — один из самых важных вопросов науки. Хотя было предложено множество возможных объяснений, однозначных ответов нет. И это неудивительно: эти процессы происходили 3–4 миллиарда лет назад, когда условия на Земле совершенно отличались от сегодняшних. «За этот огромный период времени эволюция полностью стерла следы, ведущие к истокам жизни», — говорит Роланд Риек, профессор физической химии и заместитель директора нового междисциплинарного Центра происхождения и распространенности жизни ETH Zurich. Науке ничего не остается, как формулировать гипотезы и как можно тщательнее обосновывать их экспериментальными данными. В течение многих лет Риек и его команда выдвигали идею о том, что белковоподобные агрегаты, известные как амилоиды, могли играть важную роль в переходе от химии к биологии.
|
|
|
|
Первым шагом исследовательской группы Рика было продемонстрировать, что такие амилоиды могут образовываться относительно легко в условиях, которые, вероятно, преобладали на ранней Земле: в лаборатории все, что нужно, — это немного вулканического газа (а также экспериментальные навыки и много терпения) для того, чтобы простые аминокислоты объединялись в короткие пептидные цепи, которые затем самопроизвольно собираются в волокна. Позже команда Рика продемонстрировала, что амилоиды могут воспроизводить себя, а это означает, что молекулы соответствуют еще одному решающему критерию, позволяющему считаться молекулами-предшественниками жизни. И теперь исследователи в третий раз придерживаются той же линии в своем последнем исследовании, в котором они показывают, что амилоиды способны связываться с молекулами как РНК, так и ДНК. Эти взаимодействия частично основаны на электростатическом притяжении, поскольку некоторые амилоиды — по крайней мере местами — заряжены положительно, тогда как генетический материал несет отрицательный заряд, по крайней мере, в нейтральной или кислой среде.
|
|
|
Однако Риек и его команда также заметили, что взаимодействия также зависят от последовательности нуклеотидов РНК и ДНК в генетическом материале. Это означает, что они могут представлять собой своего рода предшественника универсального генетического кода, объединяющего все живые существа. И все же: «Хотя мы видим различия в том, как молекулы РНК и ДНК связываются с амилоидами, мы еще не понимаем, что означают эти различия», — говорит Риек. «Наша модель, вероятно, все еще слишком проста». Вот почему он считает особенно важным другой аспект результатов: когда генетический материал прикрепляется к амилоидам, обе молекулы приобретают стабильность. В древние времена эта повышенная стабильность могла оказаться большим преимуществом. Это связано с тем, что тогда, в так называемом «первичном супе», биохимические молекулы были очень разбавлены. Сравните это с сегодняшними биологическими клетками, внутри которых эти молекулы плотно упакованы вместе.
|
|
|
|
«Амилоиды обладают доказанным потенциалом увеличивать локальную концентрацию и порядок нуклеотидов в разбавленной и неупорядоченной системе», — пишут исследователи Рика в своей статье, опубликованной в Журнале Американского химического общества. Риек отмечает, что, хотя конкуренция занимает центральное место в теории эволюции Дарвина, сотрудничество также сыграло важную эволюционную роль. Оба класса молекул выигрывают от стабилизирующего взаимодействия между амилоидами и молекулами РНК или ДНК, поскольку долгоживущие молекулы накапливаются с течением времени сильнее, чем нестабильные вещества. Возможно даже, что молекулярное сотрудничество, а не конкуренция, стало решающим фактором возникновения жизни. «В конце концов, тогда, вероятно, не было недостатка в пространстве или ресурсах», — говорит Риек.
|
|
|
|
Источник
|
