Введение
Гипотеза о происхождении жизни
Гипотеза о мире ПАУ – это спекулятивная гипотеза, предполагающая, что полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), известные своим широким распространением во Вселенной, включая кометы, и предположительно обильно присутствовавшие в первичном бульоне ранней Земли, сыграли ключевую роль в происхождении жизни, способствуя синтезу молекул РНК и приводя к эпохе РНК. Однако на данный момент эта гипотеза не подтверждена экспериментально. Последующие эксперименты показали, что другие нуклеотидные основания РНК и ДНК могут быть получены в ходе моделирования пребиотической химии в восстановительной атмосфере. Гипотеза мира РНК объясняет, как РНК может выступать в роли собственного катализатора (рибозима). Между этими этапами остаются неясными некоторые звенья, например, механизм формирования первых молекул РНК. Гипотеза о мире ПАУ была предложена Саймоном Николасом Платтсом в мае 2004 года в попытке заполнить этот пробел.
The PAH world hypothesis is a speculative hypothesis that proposes that polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), known to be abundant in the universe, including in comets, and assumed to be abundant in the primordial soup of the early Earth, played a major role in the origin of life by mediating the synthesis of RNA molecules, leading into the RNA world. However, as yet, the hypothesis is untested. Experiments conducted later showed that the other RNA and DNA nucleobases could be obtained through simulated prebiotic chemistry with a reducing atmosphere. The RNA world hypothesis shows how RNA can become its own catalyst (a ribozyme). In between there are some missing steps such as how the first RNA molecules could be formed. The PAH world hypothesis was proposed by Simon Nicholas Platts in May 2004 to try to fill in this missing step.
Полициклические ароматические углеводороды
Полициклические ароматические углеводороды являются наиболее распространенными и обильными из известных полиатомных молекул в видимой Вселенной и считаются вероятным компонентом первобытного океана. В апреле 2019 года ученые, работавшие с космическим телескопом Хаббл, сообщили о подтвержденном обнаружении крупных и сложных ионизированных молекул бакминстерфуллерена (C60) в межзвездном пространстве между звездами. (Фуллерены также вовлечены в происхождение жизни; по словам астронома Летиции Стангеллини, "возможно, что бакиболы из космоса предоставили зародыши для жизни на Земле".) В сентябре 2012 года ученые NASA сообщили, что ПАУ, подвергнутые условиям межзвездной среды (ISM), преобразуются посредством гидрогенизации, оксигенации и гидроксилирования в более сложные органические соединения — "шаг на пути к аминокислотам и нуклеотидам, исходным материалам белков и ДНК соответственно". Более того, в результате этих преобразований ПАУ теряют свою спектроскопическую сигнатуру, что может быть одной из причин "отсутствия обнаружения ПАУ в межзвездных ледяных зернах, особенно во внешних областях холодных, плотных облаков или верхних молекулярных слоях протопланетных дисков". В 2018 году исследователи сообщили о низкотемпературных химических путях от простых органических соединений к сложным ПАУ. Эти химические пути могут помочь объяснить присутствие ПАУ в низкотемпературной атмосфере спутника Сатурна Титана и могут быть значимыми путями, с точки зрения гипотезы мира ПАУ, в производстве прекурсоров биохимических веществ, связанных с жизнью, как мы ее знаем. ПАУ обычно не очень растворимы в морской воде, но при воздействии ионизирующего излучения, такого как солнечный ультрафиолетовый свет, внешние атомы водорода могут быть удалены и заменены гидроксильной группой, что делает ПАУ гораздо более растворимыми. Эти модифицированные ПАУ являются амфифильными, то есть они имеют части, которые являются как гидрофильными, так и гидрофобными. В растворе они собираются в дискотические мезогенные (жидкокристаллические) стопки, которые, как и липиды, склонны организовываться, защищая свои гидрофобные части. В 2014 году NASA объявило о создании базы данных для отслеживания полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) во Вселенной. Более 20% углерода во Вселенной может быть связано с ПАУ, потенциальными исходными материалами для образования жизни. ПАУ, по-видимому, образовались уже через пару миллиардов лет после Большого взрыва, они обильны во Вселенной.
Отрыв РНК-подобных нитей
Последующее кратковременное снижение окружающего pH (повышение кислотности), например, в результате вулканического выброса кислых газов, таких как диоксид серы или диоксид углерода, позволит основаниям отделиться от их полициклического ароматического углеводородного каркаса, формируя РНК-подобные молекулы (с формальдегидным остовом вместо рибозофосфатного остова, используемого в "современной" РНК, но с тем же шагом в 0,34 нм).