В основе белка лежат всего 20 аминокислот, и ученых не раз занимала мысль - почему именно этот набор активно используется природой и можно ли заменить часть его компонентов
Опубликовано: 01/11/2020
(Обновлено: 15/11/2020)

Много лет не утихает спор: случайно ли появилась органическая жизнь? В самом деле, если разобраться, то получается: абсолютно все формы жизни на Земле основаны на стандартном наборе всего из двадцати аминокислот, являющихся строительным материалом белков – исполнителей всех важнейших функций, необходимых для поддержания и развития жизни.

Аминокислоты – молекулы, состоящие, в основном, из углерода, водорода, кислорода и азота. Из аминокислот состоят белки, а они в свою очередь, уже и выполняют все биологические функции. Почему именно эти 20 аминокислот, когда в природе их существуют сотни? И самое интересное – а может ли жизнь подобная земной образоваться, основываясь на другом, отличном наборе аминокислот, или это будет некая “другая” жизнь?

«Жизнь использовала стандартный набор 20 аминокислот для образования белков на протяжении более 3 миллиардов лет, – говорит Стивен Фриланд, сотрудник Института астробиологии Университета Гавай (NASA Astrobiology Institute, University of Hawaii). – Постепенно мы приходим к выводу, что многие другие аминокислоты вполне могли бы занять место стандартных, и хотя на эту тему давно уже ходит множество мнений и спекуляций, пригодную для проверки и изучении гипотезу пока выдвинуть не удалось».

Поэтому Фриланд и его коллега Гэйл Филип разработали методику проверки, были ли 20 основных аминокислот «выбраны» жизнью случайно, или же это единственно возможный набор, приводящий к образованию жизни.

Метеорит Марчисона (1969 г.) послужил «донором» для набора «космических» аминокислот

Метеорит Марчисона (1969 г.) послужил «донором» для набора «космических» аминокислот

Сначала ученые выделили набор аминокислот, среди которых с наибольшей вероятностью производился выбор конечных двадцати. Исследование началось с аминокислот, найденных в метеорите Марчисона, упавшем на территории Австралии в 1969 году.

Этот метеорит, судя по всему, образовался в космосе на ранних этапах формирования Солнечной системы, и потому является хорошим примером того, какой состав имели тела системы когда жизнь еще не зародилась на Земле.

Затем ученые при помощи численного моделирования оценили основные свойства 20 «жизненных» аминокислот (такие как размер, заряд, гидрофильность). Фриланд и Филип проанализировали свойства аминокислот в комбинациях, стараясь выяснить, с каким набором из 20 штук можно достичь наилучшего значения различных свойств. В результате они пришли к выводу, что жизнь выбрала 20 из них отнюдь не случайно.

«Мы обнаружили, что если полагаться только на случай, то маловероятно получить такой эффективный набор аминокислот», – говорит Фриланд.



На самом деле, жизнь скорее всего использовала своего рода естественный отбор для определения необходимых аминокислот. С большой уверенностью можно утверждать, что другие комбинации аминокислот тоже пробовались, но они оказались непригодны для создания жизни, поэтому они и не привели к появлению каких-либо видов живых организмов. Возможно, однако, что жизнь зарождалась и при другом наборе аминокислот, но он был недостаточно эффективен для ее дальнейшего развития и поддержания.

«Мы нашли очень простой тест, который показывает, что жизнь хорошо знала, что надо делать, – говорит Фриланд. – Это согласуется с теорией естественного отбора на этапе зарождения жизни».

Хотя некоторые эксперименты показали, что другие аминокислоты могут быть встроены в генотип организмов, нам никогда не удастся провести эксперимент на подобающем временном интервале. Ведь чтобы действительно сравнить разные наборы аминокислот, надо проследить за молекулами, которые из них образуются, на эволюционных масштабах времени. Поэтому так важно формулировать нестандартные, интересные гипотезы, которые могут быть проверены в лаборатории и которые несут косвенную информацию об образовании белков и жизни из разных аминокислот.

20 Аминокислот составляющих белок - основу жизни на Земле.

20 Аминокислот составляющих белок – основу жизни на Земле. Лейцин (L). Изолейцин (I). Валин (V). Аланин (A). Глицин (G). Пролин (P). Аспарагин (N). Метионин (M). Триптофан (W). Фенилаланин (F). Тирозин (Y). Треонин (T). Серин (S). Цистеин (C). Глутамин (Q). Гистидин (H). Глютаминовая кислота (E). Аргинин (R). Аспарагиновая кислота (D). Лизин (K).

В данный момент ученые активно ищут аминокислоты вне Земли. Некоторые подтверждения их существования в Солнечной системе были найдены в метеоритах на Земле (особенно в арктических метеоритах, наименее подверженных земному загрязнению) и в образцах, доставленных из космоса.

«Все указывает на то, что нам удастся с уверенностью найти аминокислоты вне Земли, – говорит Фриланд. – Они, безусловно, являются основными строительными блоками жизни».

Вопрос набора аминокислот, необходимых для жизни, интересен не только с точки зрения возникновения и эволюции жизни на Земле. Еще интереснее вопрос о существовании жизни на других планетах, и здесь варьирование набора аминокислот повышает вероятность существования внеземной жизни. Но трудно сказать, какие формы может принять жизнь, образовавшаяся из других аминокислот в других условиях.

Таким образом, ответа на исходный вопрос – возможна ли “другая” белковая форма жизни, основанная на ином наборе исходных аминокислот, исследователи не получили. С другой стороны, сам факт того, что удалось установить – та комбинация аминокислот, что лежит в основе жизни на нашей планете далеко не случайный выбор природы.


Источник: по материалам space.com