Mineral surfaces promoted variation in prebiotic RNA — ABC Chemicals

Термодинамическая модель исследует энтропийную стоимость обогащения нитей РНК, адсорбированных на поверхности

Исследование, объединяющее эксперименты и математические модели, показывает, что минералы по своей природе отбирают более длинные РНК и что это энергетически выгодно.1 Полученные данные свидетельствуют о том, что минералы сыграли вспомогательную роль в возникновении генетической сложности в происхождении жизни.

В модели мира РНК пребиотика Земли молекулы РНК действуют как носители информации и катализаторы. РНК существуют в разных длинах. Длинные молекулы РНК несут больше информации и чаще выполняют сложную каталитическую активность, такую как полимеризация, чем более короткие. Однако более короткие РНК вытесняют более длинные с точки зрения репликации, теряя генетическую информацию из системы. Таким образом, другие факторы должны были способствовать генетическим изменениям. Многие ученые считают, что подобные жизни свойства впервые появились в таких средах, как гидротермальные жерла, которые способствуют отбору более длинных молекул РНК.

Теперь команда под руководством Рио Мидзучи из Портлендского государственного университета эмпирически показала, что более длинные РНК накапливаются на минеральных поверхностях, открывая открытые потенциальные условия для развития процессов, подобных жизни.

Основываясь на предыдущих работах, показывающих селективность гидроксиапатита для более длинных РНК,2 Команда Mizuuchi поинтересовалась, насколько общий этот результат. Для исследования они отобрали пять распространенных минералов — кальцит, пирит, пирротин, магнетит и гидроксиапатит — и инкубировали каждый со случайной смесью РНК различной длины в присутствии Mg.2+ ионов. Концентрация длинных РНК, собранных с поверхности минералов, была выше, чем в поверхностно-активном веществе, демонстрируя предпочтение минералов длинным РНК. Это удивило команду, так как они «изначально думали, что некоторые минералы выберут более длинные РНК, а другие — нет». Элиза Бионди из Фонда прикладной молекулярной эволюции в США, которая не участвовала в этом исследовании, говорит, что «выбор длины на минеральных поверхностях — это то, что люди чувствовали, что происходило в течение длительного времени», но это «во времени». кто-то дал ему экспериментальный взгляд ».

Mineral surfaces promoted variation in prebiotic RNA - ABC Chemicals

Чтобы выяснить, почему это происходит, они смоделировали термодинамику. Результаты показывают, что селективность основана не на химическом составе конкретного минерала, как они ожидали, а скорее на имеющихся поверхностных структурах. Когда РНК движутся от раствора к поверхности минерала, они имеют связанную энергию адсорбции — чем длиннее РНК, тем выше энергия адсорбции. У них также есть установленный энтропийный штраф за перемещение на поверхность минерала, но это не зависит от длины РНК. Таким образом, энергетически можно получить больше, когда длинные РНК адсорбируются на поверхности поверх более коротких. «Как подтвердили наши теоретические исследования, минеральные поверхности по своей природе способны выбирать более длинные РНК, по крайней мере, в некоторой степени, что меня удивило», — говорит Мидзучи.

Марк Дитцлер, работающий над происхождением и ранней эволюцией жизни, в частности теориями мира РНК, в отделе экзобиологии Исследовательского центра Nasa Ames, США, описывает это исследование как «наиболее интеллектуально удовлетворительное исследование взаимодействий РНК-минералов на сегодняшний день» , Он продолжает: «Я действительно ценю то, как исследователи объединяют теорию и эксперимент».

Команда считает, что их результаты показывают, что жизненные процессы не ограничиваются конкретными средами, такими как гидротермальные жерла, а скорее могут происходить везде, где присутствуют минералы. По сути, это где-нибудь на Земле, и, возможно, даже на других планетах. Однако Бионди добавляет, что сильная адсорбция ограничивает подвижность молекул, а это означает, что они «не находятся в свободном доступе для других взаимодействий и реакций, поэтому менее адсорбирующая поверхность, вероятно, будет лучшим выбором для молекулы, которая пытается эволюционировать». Mizuuchi соглашается, говоря, что трудно идентифицировать РНК, которые функционируют, будучи адсорбированными на минерале, и что РНК могут попасть в ловушку на минеральных поверхностях, что может снизить их каталитическую активность.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *