Miljardeja vuosia sitten elottoman ja myrskyisen maan molekyylit sekoittuivat muodostaen ensimmäiset elämänmuodot. Eoneja myöhemmin, suurempi, älykkäämpi elämänmuoto on hugging laboratoriokokeilujen kanssa, jotka yrittävät ymmärtää omia alkujaan.
Vaikka jotkut sanovat, että elämä syntyi yksinkertaisista molekyyliketjuista, toiset sanovat, että varhaiset kemialliset reaktiot muodostivat itsensä replikoivan RNA: n. DNA: n sukulainen, RNA toimii geneettisen tiedon dekooderina tai lähettäjänä.
Uusi tutkimus tarjoaa todisteita RNA-ideasta, jota kutsutaan "RNA-maailman hypoteesiksi". Mutta ainakin yksi varhaisen RNA: n ainesosa voi poiketa nykymuodossa esitetystä, tutkijaryhmä raportoi 3. joulukuuta päiväkirjassa Proceedings of the National Academy of Sciences.
Moderni RNA on sokerin ja fosfaatin rungon ohella valmistettu neljästä päärakennusaineesta: nukleobaasit, nimeltään adeniini (A), sytosiini (C), guaniini (G) ja urasiili (U).
Mutta osoittautuu, että varhaisella RNA: lla voi olla ollut yksi nukleobaasi, joka ei ole osa nykyaikaista muotoa.
Pieniin muoviputkiin tutkijat panivat vettä, vähän suolaa, puskuria pitämään pH emäksisenä ja magnesiumioneja reaktioiden nopeuttamiseksi. Nämä olosuhteet ovat samanlaisia kuin makeanveden järvestä tai lampista, kraaterijärvestä tai sellaisesta järvestä tai uima-altaasta, jota löytyy vulkaanisilta alueilta, kuten Yellowstonen kansallispuistosta - kaikista paikoista, joista elämä olisi voinut alkaa.
Tutkijat lisäsivät sitten pienen kappaleen RNA: ta, nimeltään aluke, joka oli kiinnitetty pitempään RNA: n kappaleeseen, nimeltään templaatti. Uusi RNA valmistetaan, kun aluke kopioi templaatti-RNA: ta emäsparien muodostumisen kautta. Nuklea-emäkset sopivat yhteen ainutlaatuisesti; C sitoutuu vain G: n kanssa ja A sitoutuu vain U: n kanssa.
Tutkijat lisäsivät nukleoemäksiä (A, C, G ja U), jotta ne voisivat sitoutua templaattiin ja pidentää siten lyhyempää palaa, aluketta. Tulokset osoittivat, että nykyaikaisen RNA: n aineosien kanssa reaktio ei toiminut riittävän nopeasti, jotta RNA pystyi muodostamaan ja replikoitumaan ilman virheitä.
Mutta sitten tutkijat lisäsivät seokseen guaniinipohjaisen molekyylin sijasta toisen kemikaalin, nimeltään inosiini. Sen jälkeen tutkijat olivat yllättyneitä huomatessaan, että RNA pystyi muodostamaan ja replikoitumaan hiukan tarkemmin kuin se tehdään sekoituksessa guaniinin kanssa.
Tämä sekoitus ei aiheuttanut niin kutsuttua "virhekatastrofia", mikä tarkoittaa, että mutaatiot tai satunnaiset virheet replikaatioissa pysyivät kynnyksen alapuolella, varmistaen, että ne voidaan eliminoida ennen kerääntymistä.
"Se tosiasia, joka ylittää virhekatastrofin ongelman, on tärkeä testi, jolla on merkitystä", sanoi Kalifornian yliopiston Santa Cruzin yliopiston biologi David Deamer, joka ei ollut osa tutkimusta. Hänen ainoa väitteensä on väite, jonka mukaan inosiini on uskottavampi primitiivisen RNA: n valmistuksessa kuin muut vaihtoehtoiset emäkset, Deamer sanoi. Hän ei vielä usko, että muut emäkset pitäisi sulkea pois, koska "tämä on melko laaja väite ... joka perustuu erittäin spesifiseen kemialliseen reaktioon", Deamer kertoi Live Science: lle
Mutta koska inosiini voidaan helposti saada toisesta emäsparista, adeniinista, se tekee elämästä lähtöprosessin "helpommaksi" kuin jos sinun pitäisi tehdä guaniinia tyhjästä, sanoi MRC: n molekyylibiologian kemiallisten alkuperien tutkija John Sutherland. Ison-Britannian molekyylibiologian laboratorio, joka ei myöskään ollut osa tutkimusta.
Tulokset rikkovat "tavanomaista viisautta, josta inosiini ei olisi voinut olla hyödyllistä", Sutherland kertoi Live Science: lle. Inosiini oli ansainnut tämän maineen, koska se toimii hyvin erityisessä työssä RNA: n muodossa, jota kutsutaan siirto-RNA: ksi, joka dekoodaa geneettistä tietoa.
Inosiinin ajateltiin "heiluvan" tai sitoutuvan erilaisiin emäspareihin yhden ainoan sijaan. Se olisi tehnyt siitä huonon molekyylin antamaan ainutlaatuisia ohjeita uuden RNA: n muodostamiseksi, koska ei olisi ollut selvää suuntaa, mihin inosiini voisi sitoutua. Ja niin, "monet meistä olivat väärässä ajatelleet, että se oli inosiinin luontainen ominaisuus", Sutherland sanoi. Mutta tämä tutkimus osoitti, että inosiini, joka varhaisessa maailmantilanteessa, jossa RNA ilmestyi, ei heilu, vaan pariksi luotettavasti sytosiinin kanssa, hän lisäsi.
"Se kaikki on järkevää nyt, mutta vanhempien tulosten perusteella emme odottaneet inosiinin toimivan yhtä hyvin kuin se", sanoi tutkimuksen vanhempi kirjailija Jack Szostak, Harvardin yliopiston kemian ja kemiallisen biologian professori, joka on myös Nobel-palkinnon saaja.
Szostak ja hänen tiiminsä yrittävät nyt selvittää, kuinka muuten tämä primitiivinen RNA saattoi olla erilainen kuin moderni RNA - ja kuinka siitä lopulta tuli moderni RNA. Lisäksi suuri osa laboratoriostaan on keskittynyt siihen, kuinka RNA-molekyylit replikoituvat ennen entsyymien kehittymistä. (Entsyymit ovat proteiineja, jotka nopeuttavat kemiallisia reaktioita.)
"Tämä on iso haaste", Szostak kertoi Live Science: lle. "Olemme edistyneet paljon, mutta edelleen on edelleen ratkaisematta olevia palapelit."
Sutherland huomautti myös, että kenttä siirtyy yleensä puhtaasta "RNA-maailman hypoteesista" sellaiseen, joka näkee enemmän komponentteja sekoittuneena kattoon, joka loi elämän. Näitä ovat lipidit, peptidit, proteiinit ja energialähteet. Hän lisäsi, että tutkijoiden mielessä "se on vähemmän puristinen RNA-maailma kuin ennen."
