Ny undersøgelse identificerer mulige forfædre til RNA

Forskere fra Georgia Institute of Technology har muligvis gjort fremskridt med at bestemme livets oprindelse ved at identificere tre forskellige molekyler, der selv samler sig for at danne en molekylær struktur med funktioner, der er karakteristiske for moderne RNA.

RNA - eller ribonukleinsyre - udfører instruktionerne kodet i DNA, men menes også at have udviklet sig før DNA. Mange forskere mener, at nukleinsyrer - 'NA' for 'RNA' - spillede en central rolle i livets oprindelse. En populær teori kaldet 'RNA World' hævder, at RNA 'opfandt' proteiner og til sidst DNA, men det rejser spørgsmålet, hvor kom RNA fra? Nogle mener, at en kemisk eller biologisk proces gradvist udviklede et tidligere molekyle til RNA, mens andre kridt det op til en slags ikke-enzymatisk, geokemisk reaktion. Det er en kylling-eller-æg-debat:hvilken biologisk proces kan producere en central byggesten for selve livet? Hvis processen ikke var biologisk, hvad var det så, og hvordan skete det?

Den nye undersøgelse fortsætter i traditionen fra Miller -Urey -eksperimentet fra 1953, hvor to forskere modellerede tidlige jordens forhold med en blanding af gasser og en elektrisk strøm for at simulere lyn. Dette forsøg gav aminosyrer, understøtter ideen om, at biologiske molekyler spontant kan opstå fra ikke-biologiske under de rigtige omstændigheder. På trods af dette fund, udfordringen med at udtænke et scenario, hvor ikke-biologiske reaktioner skaber RNA har hidtil vist sig uoverstigelig.

RNAs oprindelse tabte i tidens tåger

En af undersøgelsens forfattere, biokemiker Dr. Nicholas Hud, bemærker, at de mange kriterier for RNA -dannelse ofte betyder, at når forskere foreslår en løsning på et problem, et andet (eller to) problem opstår. Ledene i RNA -kæden, som kaldes nukleotider, består af fire baser:adenin (A), cytosin (C), guanin (G) og uracil (U), samt et fosfat og et ribosesukker. Leslie Orgel, der var en pioner inden for RNA World idé, beskrev muligheden for, at RNA udviklede sig fra et tidligere molekyle en "dyster udsigt, "da det ville gøre det vanskeligere at løse RNA's oprindelse. Forskerne besluttede, at det var på tide at møde den udfordring.

En ny analyse i 2008 af Miller – Urey-eksperimentet afslører produktionen af ​​langt flere ikke-biologiske molekyler end tidligere antaget, som underbygger forfatternes hypotese om, at molekyler, der er nødvendige for livet, eksisterede på den prebiotiske jord, men fordi de ikke spiller en stor rolle i livet, som vi nu kender det, vi har ikke fundet ud af, hvilke molekyler eller roller de spillede for alle de milliarder af år siden.

Ifølge Hud, disse molekyler var "sandsynligvis meget specielle, fordi de molekyler, vi kender til, ikke opfører sig på måder, der indikerer, at de er i stand til at starte livet." Disse molekyler kan også indeholde svar på andre spørgsmål om livets oprindelse.

Udviklingen til RNA fra et tidligere genetisk molekyle, eller proto-RNA, ville have været trinvis, og hver ny iteration ville have været bagudkompatibel, "ligesom hvordan en opdateret computer stadig skal kunne læse filer fra ældre computere, "Fortæller Hud Astrobiology Magazine . I dag bruger RNA og DNA hydrogenbundne basepar til at overføre information. Dermed, de molekyler, der ikke danner de samme eller lignende basepar, aldrig ville have virket, får forskerne til at søge efter "baseparringsmolekyler, der selv ville udvælge eller adskille sig på den tidlige jord i en form for struktur, der ville hjælpe dem med at blive inkorporeret i proto-RNA, "siger Hud.

Søgningen efter de originale molekyler

Hvad var de oprindelige molekyler, der dannede forfader til RNA? For at bestemme dette, forskerne studerede reaktioner under forhold, der efterlignede regn- og fordampningscyklusser på den tidlige jord. Efter mange mislykkede forsøg, de identificerede tre molekylære kandidater til baserne af proto-RNA:barbitursyre, melamin, og 2, 4, 6-triaminopyrimidin. Reaktioner med disse molekyler og ribosesukkeret producerede nukleosider, som er sammensatte molekyler, der er tæt på underenhederne af RNA.

Mens tidligere forsøg på at forbinde de nuværende baser af RNA med ribose i tidlige jordreaktioner, der blev modelleret, enten mislykkedes, eller producerede nukleosider i kun meget lave udbytter, forskerne målte et 82% nukleosidudbytte med barbitursyre. Derudover melamin og triaminoprymidin -molekylerne dannede spontant nukleosider i over 50% udbytter. Dr. Niles Lehman, Professor i kemi ved Portland State University og chefredaktør for Journal of Molecular Evolution , mener, at undersøgelsen "yder yderligere støtte til RNA World -teorien ved at tilvejebringe en plausibel række begivenheder, der tog naturen fra kemisk kaos til et mere defineret lagringsinformationsmolekyle."

Den vej er ikke helt klar, men det begynder at tage form. Ifølge Hud, deres kandidater til forfædres baser af RNA er tantalizingly tæt på dem for moderne RNA. Imidlertid, der skal ske mere.

"De molekyler, vi har identificeret, ser ud til at kunne have fungeret i et tidligt genetisk system, "Hud siger." Men vi vil have molekyler tæt nok til, at du kan forestille dig en evolutionær vej, hvor de ændrer sig til det, vi har i dag. "Selvom påviselig plausibilitet repræsenterer et skridt fremad, spørgsmålet er stadig, om det er muligt at finde, og bekræft derefter, de originale proto-RNA-molekyler. Hud erkender, at selvom søgningen kan virke skræmmende, "kemi er enorm, men ikke uendelig. Hvis vi accepterer et par rimelige antagelser om forfader til RNA, vi kan udelukke en masse muligheder. Og måske kan vi finde det. "Denne undersøgelse repræsenterer et vigtigt skridt på den vej.

Livets oprindelse andre steder

At finde ud af, hvordan RNA dannede, kunne hjælpe med at lede søgen efter udenjordisk liv. "Vi kan få værdifuld indsigt i centrale problemer, der skal overvindes, for at livet kan opstå fra ikke-liv, "Fortæller Lehman Astrobiology Magazine .

At forstå, hvordan livet opstår, kan hjælpe forskere med at bestemme, hvor og hvordan man skal lede efter liv andre steder. Aminosyrer og kemiske forbindelser såsom hydrogencyanid, som er blevet opdaget i kometer, kunne give anledning til RNA -baser, ifølge Hud. En sådan reaktion ville være "robust, ikke mærkeligt eller ekstraordinært, "siger han. Lignende processer kunne være i gang på andre planeter og kunne pege på den kemi, forskere bør kigge efter, når de leder efter de tidligste stadier af livet andre steder.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra NASA's Astrobiology Magazine. Udforsk Jorden og videre på www.astrobio.net.