Miliardy lat temu cząsteczki na martwej i burzliwej Ziemi zmieszały się, tworząc pierwsze formy życia. Eony później większa, mądrzejsza forma życia skupia się na eksperymentach laboratoryjnych próbujących zrozumieć swoje początki.
Podczas gdy niektórzy twierdzą, że życie wyłoniło się z prostych łańcuchów cząsteczek, inni twierdzą, że wczesne reakcje chemiczne utworzyły samoreplikujący się RNA. Krewny DNA, RNA działa jako dekoder lub przekaźnik informacji genetycznej.
Nowe badanie dostarcza dowodów na pomysł RNA, który jest znany jako „hipoteza światowa RNA”. Ale co najmniej jeden składnik wczesnego RNA może różnić się od tego, co znajduje się we współczesnej formie, jak donosi grupa naukowców 3 grudnia w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.
Współczesne RNA, oprócz szkieletu cukrowego i fosforanowego, składa się z czterech głównych elementów składowych: zasadniczych zwanych adeniną (A), cytozyny (C), guaniny (G) i uracylu (U).
Ale okazuje się, że wczesne RNA mogło mieć jedną bazę nukleinową, która nie jest częścią nowoczesnej formy.
W malutkich plastikowych tubkach naukowcy umieszczają wodę, odrobinę soli, bufor, aby utrzymać podstawowe pH i jony magnezu, aby przyspieszyć reakcje. Warunki te są podobne do tych, które występują w słodkowodnym jeziorze lub stawie, jeziorze kraterowym lub rodzaju jeziora lub basenu w regionach wulkanicznych, takich jak Park Narodowy Yellowstone - wszystkie miejsca, w których życie mogło się rozpocząć.
Następnie naukowcy dodali niewielki fragment RNA zwany starterem dołączonym do dłuższego fragmentu RNA zwanego matrycą. Nowy RNA powstaje, gdy starter kopiuje szablon RNA poprzez parowanie zasad. Podstawy nuklearne jednoznacznie pasują do siebie; C wiąże się tylko z G, a A wiąże tylko z U.
Naukowcy dodali podstawy nukleinowe (A, C, G i U), aby mogły się one wiązać z matrycą i tym samym wydłużyć krótszy fragment, starter. Wyniki pokazały, że przy składnikach współczesnego RNA reakcja nie działała wystarczająco szybko, aby RNA mógł się utworzyć i replikować bez błędów.
Ale potem naukowcy dodali do mieszanki inną substancję chemiczną, zwaną inozyną, zamiast cząsteczki na bazie guaniny. Następnie badacze byli zaskoczeni, gdy odkryli, że RNA może tworzyć się i replikować nieco dokładniej niż w połączeniu z guaniną.
Ta mieszanka nie spowodowała tak zwanej „katastrofy błędu”, co oznacza, że mutacje lub przypadkowe błędy w replikacjach pozostawały poniżej progu, zapewniając ich wyeliminowanie przed nagromadzeniem.
„Fakt, że przezwyciężył problem katastrofy błędów, jest ważnym testem istotności” - powiedział David Deamer, biolog z University of California, Santa Cruz, który nie był częścią badania. Jego jedyny spór dotyczy twierdzenia, że inozyna jest bardziej prawdopodobna przy wytwarzaniu prymitywnego RNA niż inne alternatywne zasady, powiedział Deamer. Nie uważa jeszcze, że należy wykluczyć inne zasady, ponieważ „jest to dość szerokie twierdzenie… oparte na wysoce specyficznej reakcji chemicznej”, powiedział Deamer dla Live Science
Ale ponieważ inozyna może być łatwo uzyskana z innej pary zasad, adeniny, sprawia, że proces powstawania życia jest „łatwiejszy” niż gdybyś musiał wytwarzać guaninę od zera, powiedział John Sutherland, badacz chemicznego pochodzenia biologii molekularnej w MRC Laboratorium Biologii Molekularnej w Wielkiej Brytanii, które również nie brało udziału w badaniu.
Odkrycia te łamią „konwencjonalną mądrość, że inozyna nie mogłaby być użyteczna”, powiedział Sutherland dla Live Science. Inozyna zasłużyła sobie na tę reputację, ponieważ działa bardzo specyficznie w postaci RNA o nazwie transfer RNA, który dekoduje informacje genetyczne.
Uważano, że inozyna „kołysze się” lub wiąże różne pary zasad, a nie jedną. To uczyniłoby z niej kiepską cząsteczkę do dawania unikalnych instrukcji tworzenia nowego RNA, ponieważ nie byłoby wyraźnego kierunku, z którym wiązałaby się inozyna. I tak: „wielu z nas myliło się, że jest to nieodłączna właściwość inozyny”, powiedział Sutherland. Ale to badanie wykazało, że inozyna we wczesnym świecie, w którym po raz pierwszy pojawił się RNA, nie chwieje się, ale zamiast tego niezawodnie łączy się z cytozyną, dodał.
„Teraz wszystko ma sens, ale w oparciu o starsze wyniki nie spodziewaliśmy się, że inozyna będzie działała tak dobrze” - powiedział starszy autor badania Jack Szostak, profesor chemii i biologii chemicznej na Uniwersytecie Harvarda, który jest również laureat Nagrody Nobla.
Szostak i jego zespół próbują teraz dowiedzieć się, jak inaczej ten prymitywny RNA mógłby różnić się od współczesnego RNA - i jak ostatecznie przekształcił się w nowoczesny RNA. Ponadto znaczna część ich laboratorium koncentruje się na replikacji cząsteczek RNA przed ewolucją enzymów. (Enzymy to białka przyspieszające reakcje chemiczne).
„To duże wyzwanie” - powiedział Szostak dla Live Science. „Osiągnęliśmy duży postęp, ale wciąż istnieją nierozwiązane zagadki”.
Sutherland zauważył również, że pole generalnie przechodzi od czystej „hipotezy świata RNA” do takiej, w której więcej składników jest zmieszanych z kotłem, który stworzył życie. Należą do nich lipidy, peptydy, białka i źródła energii. Dodał, że zdaniem naukowców „To mniej purystyczny świat RNA niż kiedyś”.
