Модель показывает, как код жизни возник из первичного бульона

В 1953 году Стэнли Миллер заполнил две колбы химическими веществами, предположительно присутствовавшими на ранней Земле, и с помощью электрических разрядов, имитирующих молнии, получил аминокислоты — строительные блоки белков. Однако следующий шаг — показать, как из этой первичной смеси мог возникнуть генетический код жизни — долгое время оставался нерешённой задачей.

Физики под руководством Альберта Дж. Либхабера из Рокфеллеровского университета создали первую теоретическую модель, демонстрирующую, как кодирующая генетическая система могла возникнуть из бульона простых молекул. Работа опубликована в июньском номере PloS One.

Генетический код — это триплетный код, где каждая последовательность из трёх букв на матричной РНК (mRNA) соответствует одной из 20 аминокислот, из которых строятся белки. Адаптерные молекулы — транспортные РНК (tRNAs) — преобразуют эту информацию в белки. Однако примитивные tRNAs, в отличие от современных, не были столь избирательны и могли загружать любую существовавшую тогда аминокислоту. Возникал вопрос: могла ли такая случайная система самоорганизоваться в высокоорганизованный код?

Чтобы это выяснить, Либхабер, Жан Леман и Мишель Сибилс работали с упрощённой теоретической системой. Они взяли:

• Две простейшие аминокислоты, существовавшие миллиарды лет назад.
• Две примитивные tRNAs.
• РНК-шаблон с двумя комплементарными кодонами.

С помощью алгоритма они постепенно меняли концентрацию каждой молекулы, чтобы найти условия, при которых система начинает переводить кодоны не случайным, а специфическим образом.

Ключевой результат: свойства молекул сами задают те концентрации, при которых может возникнуть кодирующий режим. При этих концентрациях запускается процесс отбора, при котором tRNA и аминокислота начинают «искать» друг друга.

Элементарный процесс трансляции зависел от двух временных масштабов:

1. Время, в течение которого tRNA остаётся связанной со своим кодоном (гибридизация).
2. Время, необходимое аминокислоте на этой tRNA для образования новой химической связи с соседней аминокислотой (полимеризация).

Объяснение механизма: Если время диссоциации tRNA с кодоном («время жизни» связи) сравнимо со временем полимеризации, начинается процесс отбора. Некоторые аминокислоты оказываются более адаптивными в этот промежуток времени, что и положило бы начало формированию кода.

Хотя модель не даёт полной картины возникновения жизни, она приближает нас к пониманию этого процесса. Как отмечает Либхабер: «Мечта физиков — создать элементарную жизнь. Тогда мы бы знали, что что-то понимаем».

Источник: PLoS One, июнь 2009 г. Предоставлено Рокфеллеровским университетом.