Первичные ДНК на Земле формировались подобно жидким кристаллам

Френсис Крик с моделью ДНК. Структура ДНК была отрыта более полувека назад, но до сих пор неясно как такие сложные молекулы могли возникнуть

Ирина Русакова

Команда ученых из Университета Колорадо в Боулдере (University of Colorado at Boulder) и университета Милана (University of Milan) обнаружила неожиданные формы жидкокристаллических коротких молекул ДНК. Это открытие позволяет по-новому взглянуть на ключевой момент развития жизни на Земле.

Ученые установили, что короткие сегменты ДНК могут формироваться за несколько шагов на подобие сборки молекул жидких кристаллов. При этом сегменты ориентируются параллельно друг другу и постепенно укладываются в столбики, если они помещены в водный раствор.

Жизнь, согласно одному из самых авторитетных предположений, появилась как сегменты ДНК или РНК в предбиологическом «бульоне» – океане, насыщенном органическими молекулами.

Но сам механизм формирования первичных ДНК из простых молекул остается неясным. Ученые давно пытались выяснить, как простые молекулы при спонтанной самосборке могут образовать столь сложную структуру как ДНК.

Новое исследование показывает, что в насыщенной смеси крошечные фрагменты ДНК уплотняются в капельки, в которых условия являются благоприятными для того, чтобы осуществить химическую связь в более длинные молекулы. Этот процесс аналогичен формированию жидких кристаллов. При формировании ДНК проходит жидкокристаллическую фазу.

Жидкие кристаллы – это вещества, обладающие одновременно свойствами как жидкостей (текучесть), так и твердых тел. По структуре они представляют собой жидкости, похожие на желе, состоящие из молекул вытянутой формы, определенным образом упорядоченных во всем объеме этой жидкости.

Сегодня жидкие кристаллы используются для отображения информации на дисплеях компьютеров, плоских панелей телевизоров, сотовых телефонов, калькуляторов и часов.

РНК и ДНК представляют собой цепи полимеров с боковыми группами, известными как нуклеотиды, которые избирательно присоединяются только к конкретным основаниям на второй цепи. Соответствия, позволяют цепям разделиться на пары и формировать структуру двойной спирали.

Структурный анализ жидких кристаллов показал, что короткие ДНК-спирали способны «склеиваться» – конец к концу, – формируя столбчатые комплексы, которые могут вести себя подобно большим сегментам ДНК.

То есть механизм формирования ДНК подобен формированию молекул жидких кристаллов. Если процесс выглядит так, как представляют ученые, то линейная форма полимера ДНК повторяет формирование жидкокристаллической структуры.