Исследователи из Токийского университета впервые создали молекулу РНК, которая реплицируется, диверсифицируется и усложняется в соответствии с дарвиновской эволюцией. В результате эксперимента ученые показали, как отдельные виды РНК превратились в сложную систему: сеть репликаторов, состоящую из пяти типов РНК с разнообразными взаимодействиями. Это первое эмпирическое свидетельство того, что простые биологические молекулы могут привести к возникновению сложных систем, похожих на живые.
Происхождение жизни согласно дарвиновской теории эволюции основано на переходе от самовоспроизводящихся молекул, таких как РНК, к сложным живым системам. Тем не менее, современная наука не дает четкого ответа на вопрос, каким образом произошел переход от отдельных химических молекул к сложным формам жизни.
Одна из научных гипотез предполагает, что первоначально на Земле существовали несвязанные молекулы РНК, возможно, вместе с белками и другими органическими веществами. Затем около четырех млрд лет назад эти молекулы начали самовоспроизводиться и развиваться от одиночной молекулы в разнообразные сложные системы. Ученые предполагали, что РНК могли развиваться в разных направлениях, накапливая мутации под воздействием внешних факторов. В процессе мутаций осуществлялся отбор наиболее устойчивых молекул, которые впоследствии сформировали ДНК.
«В эволюционной биологии есть принцип конкурентного исключения, который говорит, что несколько видов не могут сосуществовать, если они конкурируют за один и тот же ресурс. Это означает, что для достижения устойчивого разнообразия молекулы должны определить порядок использования различных ресурсов, — говорит Рё Мидзути, один из авторов исследования. — Изначально мы сомневались, что такое в принципе возможно, ведь это просто молекулы».
В процессе эксперимента ученые инкубировали молекулы РНК в каплях воды, помещенных в масло, при температуре 37°С в течение пяти часов. Затем раствор разбавляли до одной пятой концентрации, используя новые капли с питательными веществами и энергично перемешивали. Когда этот процесс повторялся несколько раз, происходили мутации. Весь эксперимент длился 1 200 часов (240 циклов добавления питательных веществ).
«В результате мы обнаружили, что отдельные РНК не конкурировали друг с другом, а создали устойчивую систему из пяти типов РНК с разнообразными взаимодействиями. Это подтверждает возможность такого варианта эволюции», — добавляет Мидзути.
Работа ученых представляет собой только первый шаг в понимании перехода от отдельных молекул к клеткам. Команда планирует продолжить исследование дальнейшей эволюции и создания сложных живых систем.
Читать далее:
Ученые нашли самых здоровых людей на Земле: все дело в уникальном образе жизни
Физики воссоздали способности Т-1000 из «Терминатора-2» в лаборатории