Животът на Земята води началото си от плътни течни капчици - мембранни групи от положително и отрицателно заредени молекули РНК, в които се случвали основни химични реакции. Тези скупчвания, наречени "комплексни коацервати", също повишават способността на някои молекули РНК да действат като ензими - молекули, които водят химичните реакции. В коацерватите са концентрирани РНК ензими, техни субстрати и други молекули, необходими за реакцията. Изследователи тестванет и изследва коацервати, за да реконструират някои от ранните стъпки, необходими за проявата на живота на Земята в пребиотичния "свят на РНК". Учените описват изследването си в Nature Communications.

„Ние се интересуваме от начина, по който преминавате от свят без живот към свят с живот”, казва Филип Бевиклаква, професор по химия и биохимия и молекулярна биология в Penn State и един от старшите автори на доклада.

"Човек може да си представи много стъпки в този процес, но ние не изследвахме най-елементарните стъпки. Интересувахме се от малко по-късна стъпка, за да видим как молекулите РНК могат да се образуват от техните основни градивни елементи и как тези РНК молекули могат да стимулират реакциите, необходими за живот в отсъствието на протеини".

Животът, какъвто го познаваме днес, обикновено изисква генетичен материал - ДНК, която първо се транскрибира в РНК. Тези две молекули носят информация за производството на протеини, които от своя страна са необходими за живота, включително за производството на нов генетичен материал. Това поставя дилемата за "кокошката и яйцето" относно произхода на живота на ранната Земя. Необходима е ДНК за производството на протеини, но за производството на ДНК са необходими протеини.

"РНК или нещо подобно се смята за ключ към решаването на тази дилема", казва Рагхав Р. Подял, автор на статията.

"РНК молекулите носят генетична информация, но могат да функционират и като ензими, за да катализират химичните реакции, необходими за ранния живот. Този факт води до идеята, че животът на Земята е преминал през етап, в който РНК играе активна роля в улесняването на химичните реакции - "Светът на РНК", където саморепликиращите се РНК молекули носят генетичната информация и изпълняват функции, които сега се извършват обикновено от протеините".

Друга обща черта на живота на Земята е, че той съществуеа чрез клетките, често с външна мембрана, или в по-малки отделения вътре в клетките. Тези отделения гарантират, че всички компоненти на химичните реакции на живота са лесно достъпни. Но в пребиотичния свят градивните елементи за РНК, или РНК ензимите, необходими за химичните реакции, които могат да доведат до живот, вероятно са били оскъдни, плаващи в първичната супа.

Без коацерватите компонентите, необходими за химическите реакции, биха били били твърде разредени и е малко вероятно да се намерят един друг. Но вътре в миниатюрните капчици всички части, необходими за работата на ензима, са наблизо. Ето защо изследователите са проучили различни материали, които може да са съществували в Земята преди появата на живота, които могат да образуват коацервати - безмембранни протоклетки, и биха позволили секвентиране на изграждащите блокове на РНК и обединяване на РНК ензимите и техните цели.

"Вече се знае, че молекулите на РНК могат да се събират и удължават в разтвори с висока концентрация на магнезий", казва Подял. "Нашата работа показва, че коацерватите, направени от определени материали, позволяват това неензимно събиране на РНК да настъпи дори и в отсъствието на магнезий".

Коацерватите са съставени от положително заредени молекули, наречени полиамини, и отрицателно заредени полимери, които се събират заедно, като образуват мембранни отделения в разтвор. Негативно заредените РНК молекули също биват привлечени от полиамините в коацерватите. В коацерватите молекулите на РНК са 4000 пъти по-концентрирани, отколкото в околния разтвор. Концентрирането на молекулите РНК в коацерватите позволява РНК ензимите да открият своите цели и да предизвикат химични реакции.

"Въпреки че всички тествани полиамини са могли да участват в образуването на богати на РНК капчици, те се различават по способността си да поддържат удължаването на РНК", казва Кристин Китинг, професор по химия в Penn State и старши автор на статията.

"Въпреки че не можем да погледнем назад, за да видим точните стъпки, довели до появата на първия живот на Земята, коацервати като тези, които можем да създадем в лабораторията, може да са помогнали чрез улесняване на химичните реакции, които иначе не биха били възможни”, казва Подял..