Жизнь могла быть другой: ученые показали, что РНК способна создавать белки с любой хиральностью

Жизнь, какой мы ее знаем, поражает своим единообразием на молекулярном уровне. Представьте себе, что все дома в мире строятся из одних и тех же кирпичей, но повернутых всегда в одну сторону. Примерно так обстоит дело с аминокислотами — строительными блоками белков, основы всего живого. Они существуют в двух формах, как правая и левая рука, но жизнь почему-то выбрала исключительно «левосторонние» аминокислоты для построения своих белков. Почему? Этот вопрос, казалось бы, простой, уводит нас в глубины биохимической истории Земли, к самому моменту зарождения жизни.

Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, вносит неожиданный поворот в эту историю. Ученые предположили, что РНК — молекула, предшественница ДНК и вероятный хранитель генетической информации в ранней жизни, — могла бы дать ответ на вопрос о «леворукости» белков. Логика проста: если РНК умеет строить белки, возможно, она же и определяет их «левостороннюю» природу. Однако результаты эксперимента оказались ошеломляющими: РНК способна катализировать синтез белков как с «левыми», так и с «правыми» аминокислотами.

РНК — двуликий Янус биохимии?

Представьте себе молекулу РНК в роли некоего биохимического Януса, способного смотреть в обе стороны. Она не отдает предпочтения ни «левым», ни «правым» аминокислотам, одинаково успешно работая с обеими формами. Это открытие ставит под сомнение гипотезу о том, что изначальные биохимические процессы были предопределены к «левосторонней» хиральности. Возможно, предпочтение «левых» аминокислот — это не фундаментальное свойство жизни, а результат случайности, закрепившейся в ходе эволюции.

Эксперимент, проведенный исследователями, был элегантен и прост по своей сути. Они воссоздали условия, предположительно существовавшие на ранней Земле, и наблюдали, как рибозимы — ферменты, состоящие из РНК, — синтезируют аминокислоту фенилаланин, существующую в двух формах. Результаты показали, что различные комбинации рибозимов могут отдавать предпочтение как «левой», так и «правой» форме аминокислоты. Это говорит о том, что РНК сама по себе не является причиной «левосторонней» ориентации белков.

Эволюционный поворот: почему «левши» победили?

Если РНК не виновата, тогда что же? Исследователи предполагают, что гомохиральность — единообразие в ориентации молекул — могла возникнуть не сразу, а в результате эволюционного отбора. Представим себе раннюю Землю, где в «первичном бульоне» плавали как «левые», так и «правые» аминокислоты, и РНК без разбора использовала и те, и другие. Но в какой-то момент, возможно, в результате случайного события, возникла популяция организмов, основанных на «левых» аминокислотах, которая оказалась чуть более приспособленной, чем их «праворукие» собратья.

Этот небольшой эволюционный перевес мог стать началом цепной реакции. «Левые» белки, возможно, были чуть более стабильными, чуть более эффективными в качестве ферментов, или чуть лучше взаимодействовали с другими молекулами. В результате они получили преимущество в борьбе за ресурсы, начали размножаться быстрее, и со временем полностью вытеснили «праворуких» конкурентов.

В поисках внеземной жизни: зеркальное отражение?

Открытие того, что РНК не диктует хиральность белков, имеет далеко идущие последствия, в том числе и для поиска внеземной жизни. Если «леворукость» белков — не универсальное правило, а результат случайности, то не исключено, что на других планетах может существовать жизнь, основанная на «правых» аминокислотах. Это открывает захватывающие перспективы для будущих исследований.

Ученые уже начали анализировать образцы с астероида Бенну, доставленные на Землю миссией OSIRIS-REx, на предмет хиральности аминокислот. В будущем планируется исследовать образцы с Марса, чтобы попытаться найти следы жизни, в том числе и рибозимы и белки. Кто знает, может быть, на других планетах мы обнаружим «зеркальное отражение» земной жизни, основанное на «правых» аминокислотах?

Загадка хиральности остается одной из самых интригующих в биологии. Новые исследования показывают, что ответ на этот вопрос может быть сложнее, чем мы думали. Возможно, жизнь не была предопределена к «левосторонней» ориентации, а выбрала этот путь случайно, в результате сложной игры эволюционных сил. И это, в свою очередь, открывает новые горизонты в поисках жизни за пределами Земли, позволяя нам представить себе миры, где жизнь может выглядеть совсем иначе, чем на нашей планете.