Prieš milijardus metų negyvos ir audringos Žemės molekulės susimaišė, sudarydamos pirmąsias gyvybės formas. Vėliau, po ilgesnio, protingesnio gyvenimo pavidalo, laboratoriniai eksperimentai bando suprasti savo pradžią.
Nors kai kurie sako, kad gyvenimas atsirado dėl paprastų molekulių grandinių, kiti sako, kad ankstyvosios cheminės reakcijos suformavo savarankiškai besikartojančią RNR. DNR giminaitis, RNR veikia kaip genetinės informacijos dekoderis ar pasiuntinys.
Naujas tyrimas pateikia įrodymų apie RNR idėją, vadinamą „RNR pasaulio hipoteze“. Bet bent vienas ankstyvosios RNR ingredientas gali skirtis nuo to, kas randama šiuolaikine forma, mokslininkų grupė pranešė gruodžio 3 d. Žurnale „Proceedings of the National Academy of Sciences“.
Šiuolaikinė RNR, kartu su cukraus ir fosfato stuburu, yra sudaryta iš keturių pagrindinių elementų: nukleobazių, vadinamų adeninu (A), citozino (C), guanino (G) ir uracilo (U).
Tačiau paaiškėja, kad ankstyvoji RNR galėjo turėti vieną branduolio bazę, kuri nėra šiuolaikinės formos dalis.
Į mažus plastikinius vamzdelius tyrėjai įdėjo vandens, truputį druskos, buferio, kad palaikytų bazinį pH, ir magnio jonus, kad reakcija paspartėtų. Šios sąlygos yra panašios į tas, kurios randamos gėlo vandens ežere ar tvenkinyje, krateriniame ežere ar tokiame ežere ar baseine, kuris randamas vulkaniniuose regionuose, tokiuose kaip Jeloustouno nacionalinis parkas - visose vietose, kur galėjo būti pradėtas gyvenimas.
Tada tyrėjai pridėjo nedidelį RNR gabalą, vadinamą gruntu, pritvirtintą prie ilgesnio RNR gabalo, vadinamo šablonu. Nauja RNR susidaro, kai gruntas nukopijuoja šabloninę RNR per bazės poravimą. Branduolio bazės unikaliai dera tarpusavyje; C jungiasi tik su G, o A jungiasi tik su U.
Tyrėjai pridėjo nukleobazes (A, C, G ir U), kad jie galėtų prisijungti prie šablono ir taip prailginti trumpesnį gabalą - gruntą. Rezultatai parodė, kad naudojant šiuolaikinės RNR sudėtines dalis, reakcija nebuvo pakankamai greita, kad RNR galėtų formuotis ir daugintis be klaidų.
Bet tada mokslininkai į mišinį pridėjo kitą cheminę medžiagą, vadinamą inozinu, vietoje guanino turinčios molekulės. Po to tyrėjai nustebo, sužinoję, kad RNR gali susidaryti ir daugintis tiksliau nei sumaišius su guaninu.
Šis derinys nesukėlė vadinamosios klaidų katastrofos, reiškiančios, kad mutacijos ar atsitiktinės replikacijų klaidos liko žemiau slenksčio, užtikrinant, kad jas galima pašalinti prieš kaupiantis.
„Faktas, kuris įveikia klaidų katastrofos problemą, yra svarbus reikšmingumo testas“, - teigė Kalifornijos universiteto Santa Kruso biologas Davidas Deameras, nedalyvavęs tyrime. Vienintelis jo ginčijamas teiginys, kad inozinas yra labiau tikėtinas gaminant primityvią RNR nei kitos alternatyvios bazės, sakė Deameris. Jis dar nemano, kad kitos bazės turėtų būti neįtrauktos, nes „tai yra gana platus teiginys ... pagrįstas labai specifine chemine reakcija“, - „Deamer“ pasakojo „Live Science“
Bet kadangi inoziną galima lengvai gauti iš kitos bazinės poros, adenino, tai palengvina gyvenimo procesą, jei jūs turėtumėte padaryti guaniną nuo nulio, sakė Johnas Sutherlandas, MRC molekulinės biologijos cheminės kilmės tyrėjas. JK molekulinės biologijos laboratorija, kuri taip pat nebuvo tyrimo dalis.
Išvados sulaužė „įprastą išmintį, kad inozinas negalėjo būti naudingas“, - Sutherland pasakojo „Live Science“. Inozinas pelnė šią reputaciją, nes dirba labai specifinį darbą RNR forma, vadinama perdavimo RNR, kuri dekoduoja genetinę informaciją.
Manoma, kad inozinas „banguoja“ arba jungiasi prie įvairių bazinių porų, o ne prie vienos. Tai būtų padarę prastą molekulę, suteikiančią unikalius nurodymus suformuoti naują RNR, nes nebūtų buvę aiškios kryptys, prie ko inozinas gali jungtis. Taigi, „daugelis iš mūsų klaidingai manė, kad tai yra neatsiejama inozino savybė“, - teigė Sutherlandas. Tačiau šis tyrimas parodė, kad inozinas ankstyvajame pasaulio kontekste, kuriame pirmą kartą atsirado RNR, nevynioja, o poruojasi patikimai su citozinu, pridūrė jis.
„Viskas dabar yra prasminga, tačiau, remdamiesi senesniais rezultatais, mes nesitikėjome, kad inozinas veiks taip gerai, kaip darė“, - sakė tyrimo vyresnysis autorius Jackas Szostakas, Harvardo universiteto chemijos ir cheminės biologijos profesorius, kuris taip pat yra Nobelio premijos laureatas.
Szostakas ir jo komanda dabar bando išsiaiškinti, kuo dar ši primityvi RNR galėjo skirtis nuo šiuolaikinės RNR - ir kaip ji ilgainiui virto šiuolaikine RNR. Be to, nemaža jų laboratorijos dalis yra susijusi su tuo, kaip RNR molekulės replikavosi prieš fermentams vystantis. (Fermentai yra baltymai, pagreitinantys chemines reakcijas.)
„Tai didelis iššūkis“, - „Live Science“ pasakojo Szostak. "Mes padarėme didelę pažangą, tačiau vis dar yra neišspręstų galvosūkių".
Sutherlandas taip pat pažymėjo, kad laukas paprastai pereina nuo grynos „RNR pasaulio hipotezės“ į tokią, kurioje daugiau komponentų susimaišo į katilą, kuris sukūrė gyvybę. Tai apima lipidus, peptidus, baltymus ir energijos šaltinius. Jis pridūrė, kad tyrėjų galvoje sakoma: „Tai mažiau puristinis RNR pasaulis, nei buvo anksčiau“.
