Эксперимент показал, что могло помешать зарождению жизни на Земле

Ученые из Токийского университета под руководством профессора Норикадзу Ичихаси провели новый эксперимент с искусственной РНК-системой, которая имитирует самые ранние этапы возникновения жизни. Результаты удивили: в определенных условиях самовоспроизводящиеся молекулы стали гораздо чаще вымирать. Результаты исследования опубликованы в Molecular Biology and Evolution.

Сегодня живые организмы — это целая симфония из тысяч разных молекул. А на заре жизни, миллиарды лет назад, все начиналось с куда более скромных игроков: РНК и белков. Как из этих репликаторов возникло такое богатство форм и функций — одна из главных загадок происхождения жизни.

Чтобы разобраться, исследователи уже не первый год запускают эволюционные эксперименты в пробирке. Раньше группа Ичихаси работала с РНК, которая сама производит белки для собственного копирования. Они заметили интересную вещь: в системе спонтанно появлялись «паразиты» — короткие молекулы РНК, которые ничего полезного не кодируют, но активно размножаются за счёт белков, созданных «хозяевами».

Эта конкуренция заставляла и хозяев, и паразитов разнообразиться. Казалось, паразиты подталкивают систему к большей сложности. Но они же и вредят. Вопрос был в том, при каких условиях паразиты помогают эволюции, а при каких — разрушают ее.

На этот раз ученые взяли часть популяции из прежних экспериментов и поместили в автоматизированный проточный реактор. Раньше, после 240 с лишним поколений, разнообразие РНК сохранялось стабильно. Теперь картина оказалась совсем другой: исходное богатство типов быстро исчезло, а популяции часто полностью вымирали.

Разница крылась в том, как перемешивается среда. В обоих случаях использовали компартментализацию — крошечные капельки в масле, где происходят реакции. Эти капельки сливаются и делятся, позволяя молекулам рассеиваться и иногда убегать от паразитов.

Но в старых опытах смесь переливали в свежий раствор только раз в пять часов — примерно 20% объема. В проточном реакторе же жидкость постоянно циркулировала с мягким перемешиванием. Получилось гораздо более частое и равномерное смешивание.

Сильное перемешивание подавило размножение РНК-хозяев. Концентрация молекул падала, разнообразие таяло. В такой разреженной популяции генетический дрейф — случайные изменения, которые в больших группах почти незаметны — стал играть злую роль. Вредные мутации накапливались быстрее, концентрация снижалась еще сильнее, и в итоге многие линии просто исчезали.

Получается, частота перемешивания среды напрямую влияет на судьбу реплицирующихся молекул. Слишком активное смешивание может помешать им закрепиться и развиться во что-то более сложное.

Этот результат добавляет важный штрих к картине происхождения жизни. Он подсказывает, что на ранней Земле могли существовать особые условия — не слишком бурное перемешивание в примитивных «клетках», — которые позволили самовоспроизводящимся системам не просто выжить, но и усложниться. В противном случае жизнь, возможно, так и не пошла дальше первых шагов.

Ученые выяснили, откуда на Земле образовалось столько кислорода

Обнаружен гигантский вирус, раскрывающий происхождение наших предков

Подписывайтесь и читайте «Науку» в MAX