Πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, μόρια σε μια άτσαρη και ταραγμένη Γη αναμειγνύονται, σχηματίζοντας τις πρώτες μορφές ζωής. Λίγο αργότερα, μια ευρύτερη, πιο έξυπνη μορφή ζωής συγκλονίζει τα εργαστηριακά πειράματα προσπαθώντας να κατανοήσει τις δικές της αρχές.
Ενώ μερικοί λένε ότι η ζωή προέκυψε από απλές αλυσίδες μορίων, άλλοι λένε ότι πρώιμες χημικές αντιδράσεις σχημάτισαν αυτοαναπαραγόμενο RNA. Ένας συγγενής του ϋΝΑ, το RNA δρα ως αποκωδικοποιητής ή αγγελιοφόρος της γενετικής πληροφορίας.
Μια νέα μελέτη παρέχει στοιχεία για την ιδέα του RNA, η οποία είναι γνωστή ως η "παγκόσμια υπόθεση του RNA". Αλλά τουλάχιστον ένα συστατικό του πρώιμου RNA μπορεί να διαφέρει από αυτό που βρίσκεται στη σύγχρονη μορφή, ανέφερε μια ομάδα επιστημόνων στις 3 Δεκεμβρίου στο περιοδικό Proceedings της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
Το σύγχρονο RNA, μαζί με τη ραχοκοκαλιά του σακχάρου και του φωσφορικού, αποτελείται από τέσσερις βασικές δομικές μονάδες: νουκλεοβάσεις που ονομάζονται αδενίνη (Α), κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και ουρακίλη (U).
Αλλά αποδεικνύεται ότι το πρώιμο RNA μπορεί να είχε μία νουκλεοβάση που δεν αποτελεί μέρος της σύγχρονης μορφής.
Σε μικροσκοπικούς πλαστικούς σωλήνες, οι ερευνητές έβαλαν νερό, λίγο αλάτι, ρυθμιστικό για να διατηρήσουν τα βασικά ρΗ και ιόντα μαγνησίου για να επιταχύνουν τις αντιδράσεις. Αυτές οι συνθήκες είναι παρόμοιες με εκείνες που βρίσκονται σε μια λίμνη γλυκού νερού ή λίμνη, μια λίμνη κρατήρα ή το είδος της λίμνης ή της πισίνας που βρίσκεται σε ηφαιστειακές περιοχές όπως το Εθνικό Πάρκο του Yellowstone - όλες τις θέσεις που θα μπορούσε να έχει αρχίσει η ζωή.
Οι ερευνητές προσέθεσαν στη συνέχεια ένα μικρό κομμάτι RNA που ονομάζεται ένα αστάρι που συνδέεται με ένα μεγαλύτερο κομμάτι RNA που ονομάζεται πρότυπο. Δημιουργείται νέο RNA όταν ένα πρωτότυπο αντιγράφει το πρότυπο RNA, μέσω αντιστοίχησης βάσεων. Οι νουκλεοβάσεις συνδυάζονται μοναδικά μεταξύ τους. Το C δεσμεύει μόνο με G και το A δεσμεύεται μόνο με το U.
Οι ερευνητές πρόσθεσαν τις νουκλεοβάσεις (A, C, G και U) έτσι ώστε να μπορούν να συνδεθούν με το πρότυπο και έτσι να επεκτείνουν το κοντύτερο κομμάτι, το αστάρι. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι, με συστατικά από το σύγχρονο RNA, η αντίδραση δεν λειτούργησε αρκετά γρήγορα ώστε το RNA να σχηματιστεί και να αναδιπλασιαστεί χωρίς σφάλματα.
Αλλά τότε, οι ερευνητές πρόσθεσαν μια άλλη χημική ουσία, που ονομάζεται inosine, στο μίγμα, αντί του μορίου που βασίζεται σε γουανίνη. Μετά από αυτό, οι ερευνητές εξέπληξαν το γεγονός ότι το RNA μπορεί να σχηματιστεί και να αναπαραχθεί ελαφρώς με μεγαλύτερη ακρίβεια από ό, τι σε ένα μίγμα με γουανίνη.
Αυτό το μίγμα δεν προκάλεσε αυτό που ονομάζεται «καταστροφή σφάλματος», που σημαίνει ότι οι μεταλλάξεις ή τα τυχαία λάθη σε αναπαραγωγές έμειναν κάτω από ένα κατώφλι, εξασφαλίζοντας ότι θα μπορούσαν να εξαλειφθούν πριν συσσωρευτούν.
"Το γεγονός ότι ξεπερνά το πρόβλημα της καταστροφής σφαλμάτων είναι ένα σημαντικό τεστ σημαντικότητας", δήλωσε ο David Deamer, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Santa Cruz, ο οποίος δεν ήταν μέλος της μελέτης. Η μόνη αμφισβήτηση του είναι ο ισχυρισμός ότι η ινοσίνη είναι πιο πιθανή στην κατασκευή πρωτόγονου RNA από άλλες εναλλακτικές βάσεις, δήλωσε ο Deamer. Δεν πιστεύει ακόμη ότι οι άλλες βάσεις θα πρέπει να αποκλειστούν, αφού "αυτός είναι ένας αρκετά ευρύς ισχυρισμός ... βασισμένος σε μια πολύ συγκεκριμένη χημική αντίδραση", δήλωσε ο Deamer Live Science
Αλλά επειδή η ινοσίνη μπορεί εύκολα να προέλθει από ένα άλλο ζεύγος βάσεων, αδενίνη, καθιστά τη διαδικασία της ζωής "ευκολότερη" από ότι θα έπρεπε να κάνετε γουανίνη από το μηδέν, είπε ο John Sutherland, ερευνητής στις χημικές προελεύσεις της μοριακής βιολογίας στο MRC Εργαστήριο Μοριακής Βιολογίας στο Ηνωμένο Βασίλειο, ο οποίος ούτε ήταν μέλος της μελέτης.
Τα ευρήματα σπάνε "τη συμβατική σοφία ότι η ινοσίνη δεν θα μπορούσε να ήταν χρήσιμη", δήλωσε ο Sutherland στο Live Science. Το Inosine είχε κερδίσει αυτή τη φήμη επειδή δουλεύει μια πολύ συγκεκριμένη εργασία σε μια μορφή RNA που ονομάζεται RNA μεταφοράς, η οποία αποκωδικοποιεί τις γενετικές πληροφορίες.
Η Inosine θεωρήθηκε ότι "ταλαντεύεται", ή δεσμεύεται σε διάφορα ζεύγη βάσεων και όχι σε ένα μόνο. Αυτό θα το έκανε ένα φτωχό μόριο για να δώσει μοναδικές οδηγίες για το σχηματισμό νέου RNA, γιατί δεν θα υπήρχε σαφής καθοδήγηση για το τι θα μπορούσε να συνδέσει η inosine. Και έτσι, "πολλοί από εμάς πίστευαν λανθασμένα ότι ήταν μια εγγενής ιδιότητα της ινοσίνης", ανέφερε ο Sutherland. Αλλά αυτή η μελέτη έδειξε ότι η ινοσίνη, στο πρώιμο παγκόσμιο πλαίσιο όπου το RNA εμφανίστηκε για πρώτη φορά, δεν ταλαντεύεται, αλλά αντλεί ζεύγη αξιόπιστα με κυτοσίνη, πρόσθεσε.
"Όλα έχουν νόημα τώρα, αλλά βάσει των παλαιότερων αποτελεσμάτων, δεν αναμένουμε ότι η inosine θα δουλέψει όπως καλά", δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Jack Szostak, καθηγητής χημείας και χημικής βιολογίας στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, ο οποίος είναι επίσης ένα βραβευμένο με Νόμπελ.
Ο Szostak και η ομάδα του προσπαθούν τώρα να καταλάβουν πώς αλλιώς αυτό το πρωτόγονο RNA μπορεί να ήταν διαφορετικό από το σύγχρονο RNA - και πώς τελικά μετατράπηκε σε σύγχρονο RNA. Επίσης, μεγάλο μέρος του εργαστηρίου τους επικεντρώνεται στο πώς αναδιπλασιάστηκαν τα μόρια RNA πριν εξελιχθούν τα ένζυμα. (Τα ένζυμα είναι πρωτεΐνες που επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις.)
"Αυτή είναι μια μεγάλη πρόκληση", δήλωσε ο Szostak στην Live Science. "Έχουμε σημειώσει μεγάλη πρόοδο, αλλά υπάρχουν ακόμη άλυτα παζλ".
Ο Sutherland σημείωσε επίσης ότι το πεδίο κινείται γενικά από μια καθαρή "παγκόσμια υπόθεση RNA" σε μία που βλέπει περισσότερα συστατικά αναμιγνύονται στο καζάνι που δημιούργησε τη ζωή. Αυτά περιλαμβάνουν λιπίδια, πεπτίδια, πρωτεΐνες και πηγές ενέργειας. Πρόσθεσε ότι στο μυαλό των ερευνητών, "Είναι ένας κόσμος λιγότερο καθαρός RNA από ό, τι πριν."
