Pred milijardami let so se molekule na brezživni in burni Zemlji mešale in tvorile so prve življenjske oblike. Eone kasneje se večja, pametnejša oblika življenja pretaka nad laboratorijskimi poskusi, ki poskušajo razumeti lastne začetke.
Medtem ko nekateri pravijo, da je življenje nastalo iz preprostih verig molekul, drugi pa pravijo, da so zgodnje kemijske reakcije tvorile samo ponovljivo RNA. Sorodnica DNK, RNA deluje kot dekoder ali prenašalec genetskih informacij.
Nova študija ponuja dokaze za idejo RNA, ki je znana kot "hipoteza sveta RNA". Toda vsaj ena sestavina zgodnje RNA se lahko razlikuje od tiste, ki jo najdemo v sodobni obliki, je skupina znanstvenikov poročala 3. decembra v reviji Proceedings of the National Academy of Sciences.
Sodobna RNA je poleg svoje sladkorne in fosfatne hrbtenice sestavljena iz štirih glavnih gradnikov: nukleobaze, imenovane adenin (A), citozin (C), gvanin (G) in uracil (U).
Vendar se izkaže, da je zgodnja RNA morda imela eno nukleobazo, ki ni del sodobne oblike.
V drobne plastične epruvete so raziskovalci dali vodo, malo soli, pufer, da bi ohranili pH bazične in magnezijeve ione, da bi pospešili reakcije. Ti pogoji so podobni tistim, ki jih najdemo v sladkovodnem jezeru ali ribniku, kraterjskem jezeru ali vrsti jezera ali bazena, ki jih najdemo v vulkanskih regijah, kot je Nacionalni park Yellowstone - vsi kraji, v katerih bi se življenje lahko začelo.
Raziskovalci so nato dodali majhen košček RNK, imenovan primer, pritrjen na daljši kos RNA, imenovan šablona. Nova RNA je narejena, ko osnovni premaz preslika predlogo RNA prek seznanjanja baze. Nukleobaze se edinstveno ujemajo med seboj; C se veže samo z G, A pa se veže le z U.
Raziskovalci so dodali nukleobaze (A, C, G in U), da se lahko vežejo na predlogo in tako podaljšajo krajši kos, temeljni premaz. Rezultati so pokazali, da reakcija s sestavinami iz sodobne RNA ni delovala dovolj hitro, da bi se RNK oblikovala in razmnoževala brez napak.
Toda nato so raziskovalci namesto molekule na osnovi gvanina v mešanico dodali drugo kemikalijo, imenovano inozin. Po tem so raziskovalci presenečeni ugotovili, da lahko RNA tvori in razmnožuje nekoliko natančneje kot v mešanici z gvaninom.
Ta kombinacija ni povzročila tako imenovane "katastrofe napak", kar pomeni, da so mutacije ali naključne napake v podvajanjih ostale pod pragom, kar je zagotovilo, da jih je mogoče odpraviti pred kopičenjem.
"Dejstvo, ki presega problem katastrofe napak, je pomemben preizkus pomena," je dejal David Deamer, biolog na kalifornijski univerzi Santa Cruz, ki ni bil del študije. Deamerjeva je dejala, da je edinozin bolj verjetno vedeti, da je inozin prisoten v ustvarjanju primitivne RNA kot druge alternativne podlage. Dejavnika za Live Science še ne misli, da bi bilo treba izključiti druge podlage, saj "je to precej široka trditev, ki temelji na zelo specifični kemični reakciji,"
A ker je inozin lahko enostavno izpeljan iz drugega osnovnega para, adenina, je postopek nastanka življenja "lažji", kot če bi morali gvanin narediti iz nič, "je dejal John Sutherland, raziskovalec kemijskega izvora molekularne biologije na MRC Laboratorij za molekularno biologijo v Veliki Britaniji, ki tudi ni bil del študije.
Ugotovitve lomijo "konvencionalno modrost, da inozin ne bi mogel biti uporaben," je Sutherland povedal Live Science. Inosin si je prislužil ta ugled, ker deluje zelo specifično delo v obliki RNA, imenovani transfer RNA, ki dekodira genetske informacije.
Mislilo je, da inonosin "niha" ali se veže na različne bazne pare in ne na enega samega. Zaradi tega bi bila slaba molekula za dajanje edinstvenih navodil za oblikovanje nove RNA, ker ne bi bilo jasno, kaj bi inosin lahko zavezal. In tako, "mnogi od nas so napačno mislili, da je lastnost inozina", je dejal Sutherland. Toda ta študija je pokazala, da inozin, v zgodnjem svetu, kjer se je prvič pojavila RNA, ne maha, temveč se namesto tega zanesljivo pari s citozinom, je dodal.
"Vse skupaj je zdaj smiselno, vendar na podlagi starejših rezultatov nismo pričakovali, da bo inozin deloval tako dobro," je dejal visoki avtor študije Jack Szostak, profesor kemije in kemijske biologije na univerzi Harvard, ki je tudi Nobelov nagrajenec.
Szostak in njegova ekipa zdaj poskušajo ugotoviti, kako bi se drugače lahko primitivna RNA razlikovala od sodobne RNA - in kako se je sčasoma spremenila v sodobno RNA. Prav tako je velik del njihovega laboratorija usmerjen v to, kako se molekule RNA razmnožujejo, preden se razvijejo encimi. (Encimi so beljakovine, ki pospešijo kemične reakcije.)
"To je velik izziv," je Szostak povedal Live Science. "Zelo smo napredovali, vendar so še vedno nerešene uganke."
Sutherland je tudi ugotovil, da se polje na splošno premakne iz čiste hipoteze "sveta RNA" v tisto, ki vidi več komponent, pomešanih v kotlu, ki je ustvaril življenje. Sem spadajo lipidi, peptidi, beljakovine in viri energije. Dodal je, da je v mislih raziskovalcev "to manj čistega sveta RNK kot nekoč."
