Сбои при соединениях генетических «кирпичиков» - нуклеотидов – со спиралями рибонуклеиновых кислот сильно замедляло ход ранней эволюции жизни на Земле
Первые молекулы РНК не могли «исправлять опечатки» в своей структуре и самокопировали себя только путем проб и ошибок. Это замедляло ход ранней эволюции жизни на Земле.
К такому выводу, как сообщает РИА Новости, пришли молекулярные биологи Массачусетского технологического института в Кембридже (США). Руководитель исследовательской группы Джек Шостак и его коллеги нашли возможное объяснение тому, как именно РНК научились собирать самих себя. Они изучили процессы соединения отдельных генетических «кирпичиков» - так называемых нуклеотидов – с одиночными спиралями рибонуклеиновых кислот.
Как показали эксперименты, проведенные еще в 1950-х годах нобелевскими лауреатами Фрэнсисом Криком и Джеймсом Уотсоном, одиночные звенья РНК и ДНК могут «правильно» соединяться друг с другом в двойной спирали генетического кода только одним образом. Если, к примеру, нуклеотид аденозин («А») соединяется внутри спирали генетического кода с цитидином («Ц»), то клетка посчитает подобную связь «опечаткой» - мутацией. Она попытается «починить» ее при помощи белков, защищающих ДНК от поломок.
Шостак и его коллеги задумались о том, как эта проблема могла влиять на работу первых самокопирующихся молекул РНК, у которых не было подобных белковых «помощников», которые есть у современной ДНК в живых клетках. Для ответа на данный вопрос ученые провели ряд опытов, в ходе которых они собирали короткие двойные спирали РНК, концы одной из которых были оборваны. Затем биологи помещали их в раствор с большим количеством «букв»-нуклеотидов, замораживали их после соединения с новой «буквой» и просвечивали при помощи рентгена.
Эти опыты показали, что правило Крика-Уотсона, скорее всего, не работало в эпоху «до начала времен». В частности, команда Шостака обнаружила, что одиночные нуклеотиды могут образовать новую спираль и стабильно связываться со второй цепочкой РНК не только «классическим» способом, но и тремя другими путями, образуя иные водородные связи, нежели те, которые привыкли видеть биологи во время изучения ДНК и РНК в живых клетках сегодня.
По мнению авторов исследования, это открытие свидетельствует о том, что развитие РНК-мира и появление первых молекул, способных к самокопированию, шло путем проб и ошибок, с многократными «отступлениями назад» из-за неисправимых случайных ошибок, появляющихся при сборке новых молекул и приводящих их в негодность.
Это, вероятно, замедляло эволюцию жизни на ее первых этапах и могло породить несколько «фальстартов» с полным вымиранием всех живых существ до того, как жизнь научилась контролировать сборку генетического кода.
Согласно общепринятой на сегодня теории «РНК-мира», роль белков и ДНК в первых живых организмах на земле играли молекулы РНК. Впоследствии клеточными процессами стали управлять белки, а роль хранилища генетической информации заняла ДНК.