Эксперимент показал, что могло помешать зарождению жизни на Земле

Ученые из Токийского университета под руководством профессора Нориказу Ичихаши провели новый эксперимент с искусственной системой РНК, имитирующей самые ранние этапы зарождения жизни.

Чтобы выяснить это, исследователи уже несколько лет проводят эволюционные эксперименты in vitro. Ранее группа Ичихаши работала с РНК, которая сама заставляет белки копировать себя. Они заметили интересную вещь: в системе спонтанно появились «паразиты» — короткие молекулы РНК, которые не кодируют ничего полезного, но активно размножаются за счет белков, созданных «хозяевами».

Эта конкуренция заставила и хозяев, и паразитов диверсифицироваться. Похоже, паразиты подталкивали систему к еще большей сложности. Но они также приносят вред. Вопрос заключался в том, при каких условиях паразиты помогают эволюции, а при каких – разрушают ее.

Что изменилось в новом опыте?

На этот раз ученые взяли часть популяции из предыдущих экспериментов и поместили ее в автоматизированный проточный реактор. Ранее, спустя более чем 240 поколений, разнообразие РНК оставалось стабильным. Теперь картина оказалась совсем иной: первоначальное богатство типов быстро исчезло, а популяции зачастую вымерли полностью.

Разница заключалась в том, как была смешана среда. Оба использовали компартментализацию — крошечные капли в масле, где происходят реакции. Эти капли сливаются и делятся, позволяя молекулам рассеиваться, а иногда и ускользать от паразитов.

Но в старых экспериментах смесь выливалась в свежий раствор только раз в пять часов - примерно 20% от объема. В проточном реакторе жидкость постоянно циркулировала при осторожном перемешивании. Результатом стало гораздо более частое и равномерное перемешивание.

Почему система начала вымирать?

Сильное смешивание подавляло пролиферацию РНК хозяина. Концентрация молекул упала, разнообразие растаяло. В такой немногочисленной популяции генетический дрейф — случайные изменения, почти незаметные в больших группах — начал играть зловещую роль. Вредные мутации накапливались быстрее, концентрация снижалась еще больше, и в результате многие линии просто исчезали.

Оказывается, частота перемешивания среды напрямую влияет на судьбу реплицирующихся молекул. Слишком большое смешивание может помешать им закрепиться и развиться во что-то более сложное.

Этот результат добавляет важный элемент к картине происхождения жизни. Это предполагает, что на ранней Земле могли существовать особые условия – не слишком активное перемешивание в примитивных «клетках», – которые позволяли самовоспроизводящимся системам не просто выживать, но и становиться более сложными. В противном случае жизнь, возможно, никогда не продвинулась бы дальше первых шагов.