Из всех научных загадок, несомненно, самая любопытная, откуда появилась жизнь на Земле. Ученые попытались смоделировать механизм образования самых первых самовоспроизводящихся органических молекул.

По мнению основателя теории эволюции Чарлза Дарвина, началом жизни на Земле был «маленький теплый пруд» -- начальный бульон из пребиотических ингредиентов. Именно в таком бульоне на раннем этапе истории Земли и зародилось первое семя жизни на планете.

Согласно теории начального бульона простейшие молекулы существовали и перемешивались в каком-то водоеме. По прошествии определенного времени эти простые молекулы под действием ультрафиолета и атмосферного электричества соединялись и образовывали более сложные структуры, имеющие в своем составе все необходимые для жизни элементы: кислород, углерод, водород и азот.

Ученые Манчестерского университета под руководством профессора Джона Сазерленда провели эксперимент, продемонстрировавший механизм образования самых первых самовоспроизводящихся молекул около 4 млрд лет назад. Им удалось практически из ничего, т.е. в условиях, максимально приближенных к тем, что существовали миллиарды лет назад на Земле, синтезировать два из четырех кирпичиков РНК (рибонуклеиновая кислота, являющаяся основой белкового синтеза). Скорее всего, они, по мнению многих ученых, и были теми самими первыми молекулами, из которых образовалась жизнь на нашей планете.

«Мы создали «строительные кирпичики» РНК из того, что было на Земле на раннем этапе ее развития и сейчас все еще находится в межзвездном пространстве и атмосфере Титана, спутника Сатурна, -- объясняет Джон Сазерленд в журнале Science. -- Мы еще не получили саму молекулу РНК, но уже создали два из четырех компонентов, составляющих ее. Это дает основание предположить, что создание самовоспроизводящейся молекулы возможно и не так уж и сложно, как считалось ранее».

Рибонуклеиновая кислота, или РНК, -- это менее известная родственница ДНК, генетическая калька жизни. Так же, как ДНК, молекулы РНК могут переносить и передавать информацию от одного поколения другому. Но в отличие от ДНК РНК является относительно простой молекулой, которую, как считают многие ученые, было довольно легко синтезировать в суровых условиях ранней Земли. Слабое место этой теории, которой уже более 40 лет, состоит в том, что до настоящего времени еще никто не смог соединить три основных части: сахар, базовые элементы (кислород, водород, углерод и азот) и фосфаты, из которых состоит каждый из четырех строительных кирпичиков РНК. Причем сделать это нужно было при условиях, хотя бы приблизительно похожих на те, что существовали на Земле 4 млрд лет назад.

Вся сложность, считает Джон Сазерленд, заключается в том, что человеческий глаз видит три компонента РНК, а человеческий мозг при этом думает, что для создания молекулы их нужно соединить. Но соединить их ученым до сих пор не удавалось.

РНК представляет собой длинную цепочку, состоящую из четырех разных рибонуклеотидов, каждый из которых в свою очередь состоит из азотсодержащей базы, сахара и фосфата.

Большинство ученых полагало, что первоначально эти три компонента образовались отдельно друг от друга и затем соединились, в результате чего появились рибонуклеотиды. Теория кажется вполне логичной, если бы не одно «но» -- два из четырех базовых элементов никогда спонтанно не вступают в реакцию с сахаром.

Чтобы решить эту проблему, профессор Сазерленд попытался придумать новый рецепт для РНК, в котором сахару и базовым элементам не нужно будет вступать в реакцию. Он с помощниками экспериментировал, создавая рибонуклеотиды из пяти маленьких молекул, которые, как считают ученые, вполне могли находиться в начальном бульоне.

«Мы начали с тех же самых строительных кирпичиков, что и остальные, -- говорит Джон Сазерленд, -- только пошли другим путем».

На этот раз, похоже, «повара» ничего не напутали. В результате опытов они пришли к правильному рецепту: смешать пять ингредиентов, добавить приличную порцию ультрафиолетового света и получить рибонуклеотиды, но сделать это через общую молекулу, которая имеется и в базовых элементах, и в сахаре, а не создавать такую молекулу для каждого компонента в отдельности.

Этот рецепт позволил решить проблему, как заставить вступить в реакцию два вещества, которые никогда этого не делают. Есть, конечно, и маленькая тонкость. Реакция происходит лишь тогда, когда фосфат присутствует с самого начала эксперимента. Он реагирует со смесью и нужен как катализатор и химический буфер.

Раньше ученым удалось создать строительные кирпичики белков, но сколько они ни бились, сделать то же самое с ДНК и РНК не получалось.

Впервые предположение о том, что РНК появились раньше белков, было выдвинуто еще в 60-е годы прошлого столетия. В 80-е годы эта теория получила широкое распространение. Томас Кеч из университета Колорадо и Сидней Альтман из Йейля пришли к выводу, что РНК может действовать как катализатор и ускорять химические реакции, но при этом не меняться.

Это было первое доказательство того, что РНК может не только воспроизводить себе подобные молекулы и накапливать информацию, но и стать катализатором первого синтеза белков, из которых и образовалась жизнь. Сейчас большинство ученых считает, что 4 млрд лет назад Земля представляла собой мир РНК и именно из этого мира постепенно и образовалась жизнь.