Ранние стадии зарождения жизни на Земле - преодоление генетического парадокса

Репликация нуклеиновых кислот занимает центральное место в теории происхождения жизни на Земле (см., например, К. Циммер Начала эволюции: о происхождении жизни на Земле). Теперь мы знаем, что в ходе первичной эволюции цепочки РНК (предшественника ДНК) должны были постепенно становиться все длиннее и длиннее, подготавливая почву для развития более сложных форм жизни, таких как амебы, черви, и в конечном счете люди. Однако, в стандартных условиях более короткие молекулы РНК, которым необходимо меньше материала для самовоспризведения, будут "размножаться" быстрее, что в конечном итоге приведет к вытеснению более длинных молекул РНК. Каким образом могла быть решена проблема "выживания" длинных молекул РНК в ходе ранних стадий эволюции на Земле?

В недавней публикации в журнале Nature Chemistry группа немецких ученых предложила механизм, который мог способствовать сохранению длинных генетических полимеров. Более длинные цепочки РНК могли "выживать" и побеждать в конкуренции за ресурсы в пористых породах вблизи вулканов в океначеских источниках геотермальных вод. Сложное сочетание различных физико-химических процессов в порах могло приводить к сохранению длинных цепочек молекул РНК. Описанный учеными механизм представлен на рисунке ниже.

Рисунок. Снижение локальной энтропии является ключевой особенностью живых систем и может быть вызвано потоком тепловой энергии. a, Современные клетки питаются химической энергией, что позволяет им содержать, поддерживать и реплицировать кодирующие информацию полимеры, что необходимо для дарвиновской эволюции. b, Поток тепловой энергии через геологические трещины вблизи источника тепла. с, (1) Термический градиент в пределах трещины миллиметрового размера индуцирует накопление молекул посредством термофореза и конвекции. (2) Внешний поток приносит строительные материалы в открытую пору. (3) Экспоненциальная репликация облегчается местной конвекцией, которая переносит молекулы постоянно между теплой и холодной зонами, и, таким образом, вызывает циклическую денатурацию нуклеотидов. (4) Сочетание внешнего притока, термофореза и конвекции избирательно улавливает длинные молекулы и вымывает короткие. Скорость притока определяет предельный размер молекул в результате отбора по их длине. Механизмы (1) - (4) подробно описаны в статье Kreysing M., Keil L., Lanzmich S., Braun D. Heatflux across an open pore enables the continuous replication and selection of oligonucleotides towards increasing length. // Nature Chemistry (2015). DOI: 10.1038/NCHEM.2155.) (Рисунок взят из данной статьи).

Источник.
Kreysing M., Keil L., Lanzmich S., Braun D., 2015. Heatflux across an open pore enables the continuous replication and selection of oligonucleotides towards increasing length. // Nature Chemistry. PUBLISHED ONLINE: 26 JANUARY 2015 |DOI: 10.1038/NCHEM.2155