Уявіть собі нашу планету мільярди років тому. Не блакитна куля з привітними океанами, а вируючий котел: розжарена поверхня, вулкани, що невгамовують, атмосфера, більше схожа на отруйний туман. І ось у цьому, здавалося б, абсолютно непридатному для життя місці якимось чином зародилися перші молекулярні цеглинки, з яких згодом зібралося все живе. Як? Це одна з найбільших загадок науки.
Довгий час вчені мали головного «підозрюваного» на роль постачальника одного з ключових компонентів — цукрів, а саме рибози. Ця молекула — не просто насолода, це основа РНК (рибонуклеїнової кислоти), найдавнішої родички ДНК, яка, як вважається, відігравала центральну роль на зорі життя. І ось класична гіпотеза свідчила: рибоза могла утворитися сама собою з найпростіших речовин під час так званої формозної реакції. Звучить логічно? Можливо. Але недавнє дослідження вчених з Інституту Скрипса та Технологічного інституту Джорджії змушує поглянути на цю гарну теорію під зовсім іншим кутом.
Довгоживучий підозрюваний: Формозна реакція
Відкрита зовсім випадково ще в 1861 році, формозна реакція зачарувала хіміків своєю простотою, що здається. примикає третя, четверта, Процес йде по наростаючою, поки весь вихідний матеріал не закінчиться. Спостерігати за цим – окреме видовище. Безбарвний розчин поступово жовтіє, потім коричневіє, і нарешті перетворюється на темну, густу масу. Провідний автор нового дослідження, професор Раманараянан Крішнамурті, влучно порівнює це з карамелізацією — знайомим процесом потемніння цукру під час нагрівання. І все б добре, але є одна загвоздка, про яку вчені знали і раніше. Формозна реакція — штука вкрай неакуратна. з’єднань, і рибоза, якщо і з’являється, то в мізерних кількостях.
Слідство ведуть хіміки
Саме це питання – про складність та керованість реакції – і вирішили досконало вивчити Крішнамурті та його колеги, включаючи Чарльза Ліотту з Технологічного інституту Джорджії. Стандартно формозну реакцію проводять «жорстко»: висока температура, дуже лужне середовище (високий pH, порядку 12-13). Але ж умови на ранній Землі, швидше за все, були іншими. Тому дослідники спробували провести реакцію «по-м’якому»: кімнатна температура і pH близько 8 — набагато ближче до нейтрального, що, ймовірно, краще відбиває древні реалії.
Щоб точно знати, що й у яких кількостях утворюється, вони застосували потужний інструмент — спектроскопію ядерного магнітного резонансу (ЯМР). Просто кажучи, це спосіб «побачити» структуру молекул.
Вердикт: Не той цукор
Що показав експеримент? По-перше, реакція справді йде й у м’яких умовах. Але, на жаль, її хаотичний характер нікуди не подівся. Формальдегід реагує нестримно, «пролітаючи» повз можливі проміжні стадії, де могла б накопичитися рибоза. Зупинити цей процес на півдорозі практично неможливо.
Але головне відкриття чекало дослідників при аналізі структури цукрів, що вийшли. Дані ЯМР недвозначно показали: всі великі молекули цукрів, що утворилися в ході реакції, мали розгалужену структуру. Уявіть собі ствол дерева з безліччю гілок. А тепер найважливіше: рибоза, як і більшість цукрів, що використовуються живими організмами (наприклад, глюкоза), має лінійну структуру як прямий стовбур без відгалужень. Це ключовий момент. Якщо формозна реакція виробляє в основному «гіллясті» цукру, а для РНК потрібні «прямі», то як вона могла бути джерелом рибози на зорі життя?
“Наші результати ставлять під сумнів роль формозної реакції як основи для формування лінійних цукрів”, – прямо заявляє професор Ліотта.
Куди ж тепер? Нові горизонти та старі проблеми
Чи означає це, що ми знову біля розбитого корита у питанні походження життя? Не зовсім. Наука тим і хороша, що постійно ставить під сумнів усталені догми. Результати команди Крішнамурті – це не вирок, а скоріше запрошення до пошуку. Можливо, існували інші, поки що невідомі нам хімічні шляхи, які призводили до утворення потрібних лінійних цукрів за умов давньої Землі.
“Ми закликаємо наукову спільноту мислити ширше і шукати альтернативні рішення”, – говорить Крішнамурті. Його команда не ставить крапку, а скоріше вказує на проблеми, які потрібно вирішити, якщо хтось все ще хоче реабілітувати формозну реакцію, або знайти зовсім новий підхід.
Цікаво, що дослідження має і несподіваний практичний вихід. Хоча м’які умови не дали потрібних для РНК цукрів, вони виявилися ефективними для синтезу тих розгалужених цукрів. А ось вони якраз можуть стати в нагоді у виробництві біопалива! Отже, робота, спрямована на розгадку таємниць далекого минулого, може допомогти у вирішенні сучасних енергетичних завдань.
Загадка походження життя залишається однією з хвилюючих. І нехай стара гіпотеза похитнулася, це лише спонукає вчених шукати нові відповіді. Кожен такий поворот, кожне нове дослідження, навіть якщо воно спростовує колишні ідеї, наближає нас до розуміння того, як з неживої матерії виникло неймовірне диво, яке ми називаємо життям. Пошук продовжується.