Рибозимы против перхлоратов: почему жизнь может существовать на Марсе?

Марс — это планета, которая будоражит умы ученых уже не одно столетие. Возможность существования жизни на этой красной планете — одна из самых интригующих научных загадок. Недавние исследования, проведенные группой ученых из Университета Миннесоты, добавляют новую главу в эту историю, показывая, что жизнь на Марсе могла бы существовать в условиях, которые кажутся для нас крайне экстремальными.

Ключевой фактор, который долгое время считался препятствием для жизни на Марсе, — это наличие перхлоратов, солей, токсичных для большинства известных форм жизни. Однако, как оказалось, перхлораты могут не только представлять опасность, но и создавать уникальные условия для существования.

Исследователи обратили внимание на то, что перхлораты обладают высокой гигроскопичностью, то есть способностью поглощать воду из атмосферы. Это значит, что они могут образовывать рассолы (гиперсоленые растворы), которые могли бы стать своеобразными оазисами для жизни в суровых условиях Марса.

Именно эти рассолы стали предметом пристального внимания ученых. В лабораторных условиях они исследовали влияние перхлоратных рассолов на различные биологические молекулы, в том числе на рибозимы — молекулы РНК, обладающие каталитической активностью.

Результаты исследования поразили даже самих авторов. Оказалось, что рибозимы демонстрируют не только удивительную устойчивость к высоким концентрациям перхлоратов, но и способность использовать их для собственных функций.

Например, они обнаружили, что рибозимы, такие как «молотковая» рибонуклеаза, могут сохранять свою активность в растворах с концентрацией перхлоратов до 6-7 моль на литр! При этом белковые ферменты, подобные эндонуклеазе EcoRI, теряют активность уже при гораздо более низких концентрациях перхлоратов (около 0,2-0,5 моль на литр).

Эти данные свидетельствуют о том, что рибозимы обладают естественной устойчивостью к солям, подобной той, что наблюдается у некоторых экстремофильных белков.

«И это не просто устойчивость, а способность рибозимов использовать перхлораты в своих целях», — отмечают авторы исследования.

Оказалось, что перхлораты могут действовать как своего рода «переключатель» для рибозим, активируя или дезактивируя их функции в зависимости от концентрации соли. Это открывает новые возможности для понимания того, как рибозимы могли бы регулировать свои функции в условиях меняющейся среды, подобной марсианским.

Еще одним удивительным фактом стало то, что рибозимы могут катализировать реакции галогенирования органических молекул, используя в качестве «помощника» хлорит, более реактивный вид хлора, чем перхлорат.

«Мы наблюдали, как рибозим, связанный с гемином (молекулой, содержащей железо), осуществляет хлорирование монохлордимедона, молекулы, часто используемой в качестве модельного субстрата в подобных реакциях», — рассказывают авторы.

Это открытие говорит о том, что марсианские рассолы могут не только служить средой для существования, но и способствовать эволюции новых биологических функций, которые отличаются от тех, что мы знаем на Земле.

Исследование также показало, что рибозимы обладают более высокой устойчивостью к переменным концентрациям перхлоратов, чем многие белки.

«Это открывает новые перспективы для поиска жизни на Марсе», — считают авторы.

Они предположили, что РНК и подобные молекулы могли бы быть ключом к выживанию в гиперсоленых водах Марса. Возможно, именно они и составляют основу марсианской жизни.

«Наши результаты показывают, что гипотеза о «рибонуклеиновой жизни» на Марсе не такая уж фантастическая», — резюмируют авторы.

Конечно, результаты этого исследования требуют дальнейшего подтверждения. Но оно безусловно открывает новые пути для поиска жизни на Марсе и для понимания того, как может существовать жизнь в условиях, не похожих на земные.

Почему ученые считают, что рибозимы лучше приспособлены к жизни в условиях высокой концентрации перхлоратов, чем белковые ферменты?

Рибозимы обладают естественной устойчивостью к солям из-за своего полианионного скелета. В отличие от белков, которые могут денатурироваться при высоких концентрациях солей, рибозимы могут сохранять свою структуру и функциональность даже в гиперсоленых растворах.

Как перхлораты могут действовать как «переключатель» для рибозимов?

Перхлораты могут действовать как слабые денатуранты для РНК. При низких концентрациях перхлораты могут помочь рибозимам «сбросить» неправильно сложенные конформации, активируя их функции. При высоких концентрациях они могут денатурировать рибозимы, выключая их функции. Такое поведение напоминает механизм регуляции активности ферментов в биологических системах.

Каким образом рибозимы могут катализировать реакции галогенирования, используя хлорит?

Рибозимы, связанные с гемином (молекулой, содержащей железо), могут действовать как катализаторы реакций окисления. В присутствии хлорита гемин в составе рибозима переходит в активное состояние и может катализировать реакции хлорирования органических молекул.

Насколько вероятно, что на Марсе существуют формы жизни, основанные на рибозимах?

Это трудно сказать с уверенностью. Но данные исследования показывают, что рибозимы могут выживать и даже процветать в условиях, которые считались непригодными для жизни. Возможно, на Марсе существуют формы жизни, основанные на рибозимах, а может быть, и более сложные организмы, у которых рибозимы играют ключевую роль. Дальнейшие исследования помогут нам лучше понять этот вопрос.

Какое значение имеют эти исследования для поиска внеземной жизни?

Эти исследования расширяют наши представления о том, как может существовать жизнь в экстремальных условиях. Они показывают, что мы не должны ограничиваться поиском только белковых форм жизни, и что RNA может играть более значительную роль в эволюции жизни, чем мы полагали ранее. Это открывает новые возможности для поиска жизни не только на Марсе, но и на других планетах и спутниках Солнечной системы, а также за ее пределами.