Ученые выяснили, как строительные блоки жизни пережили экстремальную радиацию ранней Земли

Модель предшественника жизни может защитить белки от радиации, если она включает ионы марганца – без этих ионов радиация разрушает любой потенциал формирования жизни. Хотя нет никаких доказательств того, что реальные предшественники жизни имели такую форму защиты, результаты этой модели дают первое возможное объяснение того, как можно было преодолеть это специфическое препятствие на пути появления жизни. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Одна из многих загадок происхождения жизни заключается в том, как молекулы, необходимые для начала жизни, выдержали суровую радиацию, которой они подверглись в то время. В космосе может находиться удивительно сложная химия. Мы обнаружили многие аминокислоты, необходимые для жизни на астероидах, предполагая, что они могли бы населять Землю, как только условия остынут настолько, что такие сложные органические молекулы смогут выжить.

Однако тепло — лишь одна из угроз таким хрупким структурам. Еще одним примером является гамма-излучение, и известно, что на ранней Земле его было много. Команда под руководством профессора Бин Тяня из Чжэцзянского университета исследовала, насколько хорошо белки и другие молекулы выдерживают большие дозы ионизирующей радиации.

Радиационная угроза органическим молекулам не всегда является прямой. Это может привести к расщеплению воды, в результате чего образуются активные формы кислорода, которые наносят еще больший вред в результате окислительного стресса. 

Deinococcus radiodurans — это бактерия, которая, как следует из названия, способна выдерживать радиацию, которая была бы смертельной для почти всех других известных живых существ. Он также особенно невосприимчив к другим угрозам, таким как обезвоживание и кислотность. Чтобы выяснить, как первые организмы и их неживые предшественники выживали в условиях, крайне неблагоприятных для жизни, изучение D. radiodurans могло бы стать хорошим началом.

Ранее исследования показали, что одна из уловок D. radiodurans заключается в использовании ионов марганца 3+. Они защищают уязвимые молекулы бактерии от окислительного стресса, что заставляет Тиана задаться вопросом, могут ли они сделать то же самое с предбиологическими молекулами. Более того, другие формы жизни с необычной устойчивостью к радиоактивности также накапливают много ионов марганца.

Исследователи подозревали, что фосфатные остатки, известные как полифосфаты, также могут играть определенную роль. Известно, что полифосфаты присутствовали на Земле задолго до возникновения жизни, вероятно, производились в вулканах, и подозреваются в том, что они пожертвовали фосфаты жизненно важным молекулам, таким как АТФ , которые клетки используют для хранения энергии.

Команда сформировала модельные протоклетки из капель жидкости, известных как коацерваты, и подвергла сильному гамма-излучению. Один тип коацервата, содержащий полифосфат марганца, выжил невредимым, включая белки, которые он привлек из окружающей среды. Другой, в котором все еще были полифосфаты, но в сочетании с пептидом вместо марганца, был уничтожен. 

Марганцевые антиоксиданты настолько хорошо удаляют активные формы кислорода, что уже не остается ничего, что могло бы повредить белки, пришла к выводу команда. Они повторили эксперимент с ДНК в коацерватах и еще раз обнаружили устойчивость к радиации. 

Но и в этой работе ученые еще далеки до понимания того, как могла начаться жизнь. Много шагов потребовалось бы для объединения ионов марганца и полифосфатов с другими ингредиентами, необходимыми для самовоспроизведения. Тем не менее, еще одно, казалось бы, непреодолимое препятствие на пути огромной проблемы жизни, возникающей из не-жизни, возможно, было решено.