Учёные проанализировали эволюцию рибосомных белков и рибосомной РНК и пришли к выводу, что белки и РНК делали рибосому вместе и одновременно, причём те её части, которые отвечают собственно за синтез белка, были сделаны позже остальных.

Вопрос о происхождении жизни на Земле неизбежно сводится к проблеме копирования наследственной информации. Всякий живой организм обладает собственным портретом, закодированным в ДНК, и эту информацию он передаёт своим потомкам. Поэтому спор о происхождении молекулярных «копировальных машин» так занимает биологов: очевидно, что эволюция жизни должна была начаться именно с них. И именно поэтому белкам отказывают в звании первых молекул жизни.

Белки представляют собой строго определённую последовательность аминокислот, и информация об этой последовательности должна была где-то храниться. Из двух видов нуклеиновых кислот, которыми располагают живые организмы, исследователи отдали право первородства РНК. В отличие от ДНК, рибонуклеиновая кислота может не только хранить информацию, но и осуществлять ферментативные реакции и самокопирование. Так сформировалась гипотеза о «мире РНК», согласно которой жизнь началась с РНК, а белки и ДНК присоединились позднее, воспользовавшись умениями РНК.

Рис. 1. Молекулярная модель бактериальной рибосомы (рисунок Laguna Design).

Однако гипотеза эта небесспорна. Один из самых сильных аргументов против неё выдвинули исследователи из Университета Иллинойса (США), опубликовавшие статью на сайте PLoS ONE. Суть их возражений состоит в следующем. Как известно, синтез белка у всех живых организмов осуществляется рибосомами — огромными комплексами из РНК и белков, которые переводят генетический код матричной РНК в аминокислотную последовательность. Рибосома состоит из нескольких молекул РНК, с которыми связано до 80 белковых молекул. Очевидно, что такая сложная конструкция могла появиться только в результате долгой эволюции. Кроме того, рибосомную РНК невозможно заставить выполнить биосинтез собственными силами, без помощи белков, — а ведь именно так якобы обстояли дела в «мире РНК».

Защитники РНК-гипотезы обычно отвечают на это, что рибосома собиралась постепенно. И действительно, едва ли не самый важный участок рибосомы — пептидилтрансферазный центр, где происходит сшивка аминокислот в полипептидную цепь, — древнее всех остальных частей комплекса. И вот исследователи из Университета Иллинойса решили проследить историю белков, входящих в этот древний синтетический участок. Учёные использовали молекулярно-эволюционные данные по рибосомным белкам и РНК, совмещая их с термодинамическим анализом структуры РНК. В итоге выяснилось, что оба эволюционных древа, белковое и рибонуклеиновое, на удивление совпадают друг с другом, и белки не уступают в древности РНК. Более того, важнейший пептидилтрансферазный центр, без которого, как полагают, и жизнь не возникла бы, оказался моложе некоторых других участков рибосомы. То есть сначала были сформированы какие-то другие фрагменты архитектуры комплекса, которые, объединившись, образовали центр синтеза белка.

Это говорит о том, что,

• во-первых, к тому моменту, когда РНК понадобились белки, они уже существовали, и,
• во-вторых, что предок рибосомной РНК на заре жизни выполнял какие-то другие функции — и лишь потом начал заниматься белковым синтезом.

По словам руководителя исследований профессора Густаво Каэтано-Анольеса, если рибосомные белки и РНК — и взаимосвязи между ними — формировались постепенно, шаг за шагом и в тесной связи друг с другом, то рибосому никак нельзя счесть продуктом «мира РНК». То есть жизнь сразу возникла на основе рибонуклеиновых комплексов. А это значит, что белки появились меньшей мере не позже нуклеиновых кислот.

Однако в этом случае остаётся вопрос: как белковые молекулы воспроизводили собственные уникальные последовательности аминокислот, как они обходились без рибосом? Вопрос этот, как признают сами авторы исследования, остаётся открытым, но вполне может быть и так, что рибосомы — вовсе не единственные белоксинтезирующие машины и что на заре жизни эту работу могли выполнять другие молекулярные агрегаты. Даже нынешние рибосомы в определённых условиях способны не слишком точно подбирать аминокислоты для синтеза белка, и, возможно, когда-то РНК понадобилась для того, чтобы повысить точность древних белоксинтезирующих машин.