Химики из Исследовательского института Скриппса (Scripps Research) показали, что для образования на ранних этапах эволюции Земли аминокислот и нуклеиновых кислот, основных строительных элементов белков и ДНК соответственно, не требовались нестандартные условия или редкие элементы. Химические реакции, описанные в статье в журнале Nature Chemistry, могли протекать при нормальных условиях, а для их начала требовались только вещества, доступные в этот период.
Сегодня в клетках аминокислоты генерируются из предшественников, называемых α-кетокислотами, с использованием как азота, так и специализированных белков, называемых ферментами. В предыдущих работах ученые показали, что α-кетокислоты могли существовать в начале истории Земли. Однако предполагалось, что до появления клеточной жизни аминокислоты должны были образовываться из совершенно других предшественников, альдегидов, которым не нужны были ферменты.
В своей работе химики показали, что цианид может успешно заменять ферменты в качестве катализатора реакции, в результате которой образуются аминокислоты. Поскольку они знали, что в той или иной форме потребуется азот, они добавили аммиак — форму азота, которая должна была присутствовать на ранней Земле. Затем путем проб и ошибок они обнаружили третий ключевой ингредиент: углекислый газ.
Это оказалось даже проще, чем мы себе представляли. Если вы смешаете только кетокислоту, цианид и аммиак, ничего не произойдет. Но как только вы добавляете углекислый газ, даже следовые количества, реакция ускоряется.
Раманараянан Кришнамурти, исследователь из Института Скриппса, соавтор работы
Более того, исследователи обнаружили, что побочным продуктом той же химической реакции является оротат, предшественник нуклеотидов, образующих РНК и ДНК. Таким образом, все основные компоненты, необходимые для зарождения жизни, могли сформироваться в больших количествах в результате одного набора химических реакций.
Схема химических реакций. Источник: Pulletikurti et al., Nature Chemistry
Ученые полагают, что поскольку синтез аминокислот в органических клетках осуществляется почти идентично предложенным реакциям, за исключением использования ферментов вместо цианида, то именно такие процессы послужили первичному зарождению жизни на Земле.
Новые реакции не только дают ученым представление о химии ранней Земли, они также будут полезны в промышленном производстве, например, для создания биомолекул с индивидуальной маркировкой из недорогих исходных материалов.
