Тимин мог сыграть важную роль в сохранении первых генетических молекул на Земле, подвергавшейся сильному ультрафиолетовому излучению. К такому выводу пришли исследователи Техасского университета A&M, сравнившие свойства тимина и урацила. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
На ранней Земле ещё не существовало озонового слоя, который защищает поверхность планеты от солнечного ультрафиолета. При этом ДНК использует тимин, хотя он сильнее повреждается ультрафиолетом, чем урацил — близкий химический компонент одноцепочечной РНК. Учёные предположили, что преимущество тимина могло заключаться не в предотвращении повреждений, а в облегчении их последующего устранения.
Профессор кафедры электротехники и вычислительной техники Питер Рентзепис и его ассистенты Кейван Хош Абади и Негар Карпураазар провели эксперименты в условиях, имитирующих интенсивное излучение на древней Земле. Для анализа применялись методы биофотоники — научного направления, использующего свет для изучения биологических объектов. Исследователи использовали спектроскопию поглощения, флуоресценции и комбинационного рассеяния, позволяющую оценивать взаимодействие молекул со светом.
«Мы обнаружили, что тимин направляет ультрафиолетовое повреждение в более обратимую форму. Это позволяет предположить, что ранние генетические молекулы выживали под интенсивным солнечным светом не благодаря отсутствию повреждений, а за счёт их контроля и облегчения самовосстановления», — сказал Хош Абади. По его словам, тимин мог действовать как молекулярный солнцезащитный фильтр: поглощать опасную энергию ультрафиолета и удерживать повреждения в пределах генетических оснований, не позволяя им затрагивать более уязвимые части молекулы.
Следующим этапом команда намерена изучить происхождение самих компонентов ранних генетических систем. Учёные хотят выяснить, сформировались ли тимин, урацил и другие необходимые соединения полностью на Земле или часть из них была доставлена метеоритами из космоса и позднее включена в первые генетические структуры.
Полученные спектральные признаки могут оказаться полезными и за пределами исследований происхождения жизни. По словам Хош Абади, характерные модели взаимодействия молекул со светом потенциально позволят быстрее и точнее обнаруживать патогены, а также проверять эффективность ультрафиолетового обеззараживания микроорганизмов, особенно в системах очистки воды. Исследование поддержали Управление научных исследований ВВС США грантом FA9550-20-1-0139 и средства Инженерной экспериментальной станции Техасского университета A&M.