En århundrede gammel model for livets oprindelse får betydelig underbyggelse

I 1924, Den russiske biokemiker Alexander Oparin hævdede, at livet på Jorden udviklede sig gennem gradvise kemiske ændringer af organiske molekyler, i "ursuppen", som sandsynligvis eksisterede på Jorden for fire milliarder år siden. Efter hans opfattelse den komplekse kombination af livløse molekyler, forene kræfter i små olieagtige dråber, kunne påtage sig livsevner – selvreplikation, udvælgelse og evolution. Disse ideer blev modtaget med stor tvivl, stadig gælder i dag.

Tredive år senere, når DNA-strukturen blev dechifreret, det blev indset, at dette molekyle er i stand til selvreplikation, tilsyneladende løse gåden om livets oprindelse uden at ty til Oparins dråber. Men kritikere hævdede, at livet ikke kun kræver replikatorer, men også enzymkatalysatorer til at kontrollere stofskiftet. Yderligere 30 år gik før opdagelsen af, at RNA, nøglekomponent i informationsoverførsel fra DNA til proteiner, kan også være et enzym. Sådan blev begrebet "RNA World" født, hvorved livet begyndte, da ursuppen fødte et ribozym, som både kan replikere og kontrollere stofskiftet.

På trods af denne tvivl dvælede, fordi et replikerende ribosom er et meget komplekst molekyle, med ubetydelig sandsynlighed for spontan optræden i suppen. Dette førte til et alternativt koncept - gensidigt katalytiske netværk, giver mulighed for kopiering af hele molekylære ensembler. Denne idé afspejler Oparins udviklende komplekse kombination af simple molekyler, hver med høj sandsynlighed for udseende i suppen. Hvad der var tilbage var at generere en detaljeret kemisk model, der vil hjælpe med at understøtte en sådan fortælling.

Prof. Doron Lancet og kolleger ved Weizmann Institute of Science, Afd. for Molekylær Genetik kom med en sådan model. Først, det var nødvendigt at identificere den passende type molekyler, som kan samle sig og effektivt danne netværk af gensidige interaktioner, på linje med Oparins dråber. Lancet foreslåede lipider, olieagtige forbindelser, der spontant danner de aggregerede membraner, der omslutter alle levende celler. Lipidbobler (vesikler) kan vokse og spalte meget ligesom levende celler. Sådan genererede Lancet konceptet "Lipid World" for to årtier siden.

For at analysere de påberåbte molekylære netværk, de har brugt værktøjer inden for systembiologi og beregningskemi, som gør det muligt at indgyde stringens i det noget flygtige koncept med gensidigt katalytiske netværk.

De behandler først i detaljer det nagende spørgsmål om, hvordan lipidsamlinger kan lagre og overføre information fra en vækstopdelt generation til en anden. De kommer med en hidtil sjældent udforsket forestilling om, at det, der bliver udbredt, er kompositionsinformation, og vis ved detaljerede computersimuleringer, hvordan dette sker. Desuden, de indikerer en dyb lighed mellem en sådan sammensætningskopiering og den måde, hvorpå voksende og prolifererende levende celler bevarer deres epigenetiske information, det, der er uafhængigt af DNA-replikation.

I en artikel netop dukket op i Journal of the Royal Society Interface . Lancet og kolleger rapporterer om en omfattende litteraturundersøgelse, viser, at lipider kan udøve enzymlignende katalyse, ligner ribozymer. Dette er en egenskab, der er afgørende for at danne de gensidige interaktionsnetværk. Efterfølgende forfatterne viser, ved hjælp af værktøjerne fra systembiologi og beregningskemi, at de olieagtige dråber kan akkumulere og lagre sammensætningsinformation, og når de gennemgår fission, overføre oplysningerne til afkom.

Baseret på den computermodel, de udviklede, forskerne viste, at specifikke lipidsammensætninger, kaldet "komposomer", kan gennemgå kompositoriske mutationer, være genstand for naturlig udvælgelse som reaktion på miljøændringer, og endda gennemgå darwinistisk udvælgelse. Prof. Lancet kommenterer, at et sådant informationssystem, som er baseret på sammensætninger og ikke på rækkefølgen af ​​kemiske "bogstaver" som i DNA, minder om epigenetikens rige, hvor egenskaber nedarves uafhængigt af DNA-sekvensen. Dette giver troværdighed til videnskabsmændenes antagelse om, at liv kunne opstå før fremkomsten af ​​DNA og RNA. I deres artikel afgrænser de faktisk en kemisk vej, der fører til fremkomsten af ​​genetisk materiale inden for rammerne af de olieagtige dråber.

Lancets "Lipid World"-koncept er betinget af spørgsmålet om, hvorvidt der var tilstrækkelige olielignende "vandhadende" molekyler i den oprindelige suppe. Også her, forskerne beskriver en omfattende litteratursøgning, ifølge hvilken der er stor sandsynlighed for, at sådanne molekyler er til stede på den tidlige Jord. Denne konklusion blev forstærket af en meget nylig undersøgelse, der viser, at Enceladus, en af ​​Saturns måner, har et sub-glacialt hav (urhav) fyldt med "vandhadende" forbindelser, hvoraf nogle kunne danne dråber af Lipid World-typen. Prof. Lancet hævder, at disse resultater, sammen med innovative modelbaserede beregninger, vise, at sandsynligheden for, at livet opstår, er relativt høj, inklusive den spændende mulighed for, at Enceladus i øjeblikket rummer nogle tidlige lipid-baserede livsformer.