For milliarder af år siden blandede molekyler på en livløs og tumult Jorden sig og dannede de første livsformer. Senere eftermiddag hyler en større, smartere livsform sig over laboratorieeksperimenter, der prøver at forstå dens egen begyndelse.
Mens nogle siger, at livet opstod fra enkle molekylkæder, siger andre, at tidlige kemiske reaktioner dannede selvreplicerende RNA. En pårørende til DNA, RNA fungerer som en dekoder eller messenger af genetisk information.
En ny undersøgelse giver bevis for RNA-ideen, der er kendt som "RNA-verdenshypotesen." Men mindst en ingrediens i det tidlige RNA kan afvige fra hvad der findes i den moderne form, rapporterede en gruppe forskere den 3. december i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences.
Moderne RNA er sammen med sukker- og fosfatryggen lavet af fire vigtigste byggesten: nucleobaser kaldet adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og uracil (U).
Men det viser sig, at tidligt RNA kan have haft en nukleobase, der ikke er en del af den moderne form.
I små plastikrør lægger forskerne vand, en smule salt, buffer for at holde pH-værdien basisk og magnesiumioner for at fremskynde reaktionerne. Disse forhold ligner dem, der findes i en ferskvandssø eller dam, en krater sø eller den slags sø eller pool, der findes i vulkanske regioner som Yellowstone National Park - alle steder, hvor livet kunne have startet.
Forskerne tilføjede derefter et lille stykke RNA kaldet en grunder bundet til et længere stykke RNA kaldet en skabelon. Nyt RNA oprettes, når en primer kopierer skabelon-RNA gennem baseparring. Nukleobaserne matcher entydigt hinanden; C binder kun med G, og A binder kun med U.
Forskerne tilføjede nukleobaserne (A, C, G og U), så de kunne binde sig til skabelonen og derved forlænge det kortere stykke, primeren. Resultaterne viste, at med ingredienser fra moderne RNA, reaktionen ikke virkede hurtigt nok til, at RNA'et kunne danne og replikere uden fejl.
Men så tilføjede forskerne et andet kemikalie, kaldet inosin, i blandingen i stedet for det guaninbaserede molekyle. Efter dette blev forskerne overrasket over at finde ud af, at RNA kunne danne og replikere lidt mere nøjagtigt, end det gør i en blanding med guanin.
Denne blanding forårsagede ikke det, der kaldes en "fejlkatastrofe", hvilket betyder, at mutationer eller tilfældige fejl i replikationer forblev under en tærskel, hvilket sikrede, at de kunne fjernes før akkumulering.
"Det faktum, at der overvindes problemet med fejlkatastrofe, er en vigtig test af betydning," sagde David Deamer, en biolog fra University of California, Santa Cruz, som ikke var en del af undersøgelsen. Hans eneste tvivl er påstanden om, at inosin er mere plausibel ved frembringelse af primitivt RNA end andre alternative baser, sagde Deamer. Han synes endnu ikke, at de andre baser skal udelukkes, da "dette er en ret bred påstand ... baseret på en meget specifik kemisk reaktion," fortalte Deamer til Live Science
Men fordi inosin let kan afledes fra et andet basepar, adenin, gør det processen med oprindelseslivet "lettere", end hvis du skulle lave guanin fra bunden, sagde John Sutherland, en forsker i den kemiske oprindelse af molekylærbiologi ved MRC Laboratorium for molekylærbiologi i England, der heller ikke var en del af undersøgelsen.
Resultaterne bryder "den konventionelle visdom, at inosine ikke kunne have været nyttigt," fortalte Sutherland til Live Science. Inosine havde opnået dette omdømme, fordi det fungerer et meget specifikt job i en form for RNA kaldet transfer RNA, som afkoder genetisk information.
Inosin blev antaget at "vingle" eller binde til forskellige basepar snarere end et enkelt. Det ville have gjort det til et dårligt molekyle for at give unikke instruktioner til dannelse af nyt RNA, fordi der ikke ville have været en klar retning for, hvad inosin kunne binde med. Og så, "mange af os havde forkert tænkt, at det var en iboende egenskab af inosin," sagde Sutherland. Men denne undersøgelse viste, at inosin, i den tidlige verdenssammenhæng, hvor RNA først opstod, ikke slingrer, men i stedet parres pålideligt med cytosin, tilføjede han.
"Det hele giver mening nu, men baseret på de ældre resultater forventede vi ikke, at inosin ville fungere så godt som det gjorde," sagde seniorforfatter Jack Szostak, professor i kemi og kemisk biologi ved Harvard University, der også er en nobelprisvinder.
Szostak og hans team prøver nu at finde ud af, hvordan det primitive RNA ellers kunne have været forskelligt fra moderne RNA - og hvordan det til sidst blev til moderne RNA. Meget af deres laboratorium er også fokuseret på, hvordan RNA-molekyler replikeres, før enzymer udviklede sig. (Enzymer er proteiner, der fremskynder kemiske reaktioner.)
”Dette er en stor udfordring,” fortalte Szostak til Live Science. "Vi har gjort meget fremskridt, men der er stadig uløste gåder."
Sutherland bemærkede også, at feltet generelt går videre fra en ren "RNA-verdenshypotese" til en, der ser flere komponenter blandet ind i den kedel, der skabte liv. Disse inkluderer lipider, peptider, proteiner og energikilder. Han tilføjede, at forskernes sind "Det er en mindre puristisk RNA-verden, end den plejede at være."
