Учёные Университета Тохоку изучили роль бора в зарождении жизни на Земле

В Японии заявили о важной роли соединений бора в появлении первых молекул белков на Земле.

Японские биохимики обнаружили, что борная кислота способна ускорять реакции между аминокислотами и способствовать формированию цепочек пептидов из нескольких десятков звеньев. Это свидетельствует в пользу того, что соединения бора, присутствовавшие в водах пресноводных озер и на мелководьях первичного океана Земли, сыграли важную роль в зарождении жизни, сообщила в четверг пресс-служба Университета Тохоку.

«Боросодержащие минералы часто присутствуют в осадочных породах, сформировавшихся в эру зарождения жизни, 3,8 млрд лет назад. Открытие биохимиков указывает на то, что различные водоемы с большими концентрациями соединений бора, расположенные на мелководьях и в изолированных регионах суши, служили теми средами, где спонтанно возникали полипептиды и молекулы протобелков», — говорится в сообщении.

Ученых давно интересует, как возникла жизнь в первичном океане Земли, в котором изначально присутствовали лишь небольшие количества аминокислот и сахаров, а также различные простые неорганические соединения. За последние 75 лет биохимики воспроизвели многие стадии абиогенеза, процесса зарождения жизни, в том числе формирование аминокислот, сахаров, жиров и нуклеотидов, «букв» РНК и ДНК.

Группа японских биохимиков под руководством доцента Университета Тохоку Йосихиро Фурукавы открыла первые свидетельства того, что одна из последующих фаз процесса абиогенеза, в ходе которой молекулярные «кирпичики жизни» соединялись во все более сложные структуры, протекала в частично или полностью изолированных от мирового океана водоемах, в водах которых содержались большие количества соединений бора.

Первые этапы эволюции жизни на Земле

Интерес ученых к бору, как отмечают Фурукава и его коллега, обусловлен тем, что его соединения способствуют стабилизации молекул сахаров, в том числе рибозы, критически важных для формирования рибонуклеотидов, одиночных звеньев молекул РНК, из которых состояли первые самокопирующиеся органические молекулы на Земле. Японские биохимики заинтересовались тем, как соединения бора влияют не только на поведение рибонуклеотидов, но и аминокислот и белков, которые тоже играли важную роль в зарождении жизни.

Руководствуясь этой идеей, ученые подготовили раствор простейшей аминокислоты глицина, чьи молекулы присутствовали в первичном океане Земли в больших количествах, смешали его с борной кислотой и проследили за их взаимодействиями при длительном нагреве и постепенном испарении воды. Подобным образом, как отмечают биохимики, они имитировали то, как периодически высыхали мелководные регионы океана и временные пресноводные озера, возникавшие в окрестностях сухопутных гидротермальных источников.

Оказалось, что присутствие соединений бора в подобных растворах заметно ускоряло процесс формирования протобелков, состоящих из нескольких десятков звеньев. В частности, в присутствии бора ученым удалось получить пептиды из 39 молекул глицина, тогда как нагрев чистого раствора глицина приводил к формированию полипептидов из всего 9-13 звеньев. В дополнение к этому, ученые обнаружили, что соединения бора ускоряли процесс формирования белков даже в нейтральной среде, что абсолютно не характерно для чистого раствора глицина.

Как объясняют Фурукава и его коллеги, эта особенность бора является очень важной в контексте изучения истории зарождения жизни, так как «соседи» первых белков Земли, молекулы РНК, могли формироваться только в нейтральной среде из-за того, что они быстро распадаются при попадании в щелочную и кислотную среду. Это говорит в пользу того, что бор сыграл важнейшую роль и в формировании первых цепочек РНК, и в формировании первых белков Земли, подытожили ученые.