Как зародилась жизнь? Маленькая молекула РНК подтверждает смелую гипотезу
Миллиарды лет назад на Земле начался удивительный переход от хаотичного набора органических соединений к сложным биологическим структурам. Согласно одной из доминирующих научных концепций, ключевым моментом стало появление молекул, способных воспроизводить самих себя. Сегодня биологи вплотную приблизились к пониманию того, как именно могла функционировать эта первичная система передачи информации.
Недавно группа исследователей из Кембриджа представила результаты изучения уникальной молекулы РНК — QT-45. Имея длину всего в 45 нуклеотидов, этот короткий рибозим сумел создать собственную копию в лабораторных условиях. Данный эксперимент стал важной вехой в изучении молекулярных основ жизни. Разберемся, в чем ценность этого открытия и как оно вписывается в теорию «мира РНК».
Мир РНК: почему эта гипотеза остается главной?
Идея «мира РНК» была сформулирована еще в середине прошлого века Фрэнсисом Криком и Карлом Вёзе. Они пытались разрешить фундаментальную биологическую дилемму: что появилось раньше — «инструкция» (ДНК) или «инструмент» для ее исполнения (белки)? В современных клетках функции четко разделены, но на заре эволюции РНК могла быть универсальным игроком, совмещая в себе функции хранения генетического кода и ускорения химических реакций.
Долгое время это оставалось лишь красивой теорией, пока в 1980-х Томас Чех и Сидни Альтман не обнаружили рибозимы — молекулы РНК с каталитической активностью. Это перевернуло представления науки: оказалось, что белки не монополисты в управлении химией жизни. Дальнейшие исследования показали, что даже в современных рибосомах — «фабриках белка» — главную роль играет именно РНК. Следовательно, в древности она могла эволюционировать самостоятельно, постепенно усложняясь в условиях ранней Земли с её вулканической активностью и мощными электрическими разрядами.
Пребиотическая химия подтверждает, что нуклеотиды могли синтезироваться спонтанно. Эксперименты Миллера — Юри и более поздние работы Джона Сазерленда доказали возможность формирования строительных блоков РНК из простых прекурсоров без участия энзимов. Однако ученым не хватало примера компактной молекулы, способной к эффективному самокопированию в нестабильной среде. Исследование QT-45 заполнило этот пробел.
QT-45: компактный катализатор с большими возможностями
В начале 2026 года специалисты Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже под руководством Филиппа Холлигера и Эдоардо Джанни опубликовали в журнале Science отчет о синтезе рибозима QT-45. Его главная особенность — экстремально малый размер. Большинство известных ранее полимераз были слишком громоздкими, чтобы возникнуть случайно, но 45 нуклеотидов — это вполне вероятная длина для спонтанного синтеза в «первичном бульоне».
QT-45 действует как гибрид лигазы и полимеразы. Он достраивает комплементарную цепь, используя не одиночные нуклеотиды, а группы по три звена (тринуклеотиды). Такой подход позволяет молекуле легче «разматывать» двойные спирали. Точность процесса составляет около 94%, что, хотя и кажется несовершенным, на самом деле является двигателем прогресса: ошибки создают генетическое разнообразие, необходимое для естественного отбора.
Экспериментальные условия имитировали условия молодой планеты. Молекулу помещали в переохлажденную соленую воду. При частичном замерзании концентрация химических веществ в микроскопических жидких карманах резко возрастала, что ускоряло реакции. QT-45 демонстрирует поразительную живучесть, сохраняя стабильность и функциональность более ста дней, даже если процесс копирования идет крайне медленно.
Путь к пониманию истоков жизни
Обнаружение такого рибозима дает веские аргументы в пользу того, что жизнь могла начаться с очень простых самоорганизующихся систем. Использование тринуклеотидных блоков упрощает задачу: короткие фрагменты РНК с большей вероятностью могли оказаться рядом в пористых породах или ледяных озерах древней Земли. QT-45 доказал, что для репликации не нужны сложные белковые механизмы — достаточно правильной конфигурации самой РНК.
Конечно, критики, такие как Джеймс Тур, указывают на нестабильность подобных соединений в естественной среде. Тем не менее, работа кембриджских ученых демонстрирует принципиальную возможность такого пути. Следующий этап — создание системы, в которой репликация будет проходить в один цикл без внешнего вмешательства, полностью имитируя автономную жизнь.
Эти исследования важны не только для биологии, но и для поиска жизни во Вселенной. Понимание того, какие химические условия способствуют самокопированию РНК, помогает астробиологам сузить круг поиска потенциально обитаемых миров. Кроме того, в синтетической биологии QT-45 может стать основой для создания новых типов биосенсоров или лекарственных конструкций. Мы стоим на пороге разгадки величайшей тайны — как неживая материя обрела волю к воспроизводству.
