Opstod liv i ursuppen via DNA eller RNA? Måske begge dele

Forskere har længe diskuteret, hvilken genetisk informationsbærer - DNA eller RNA - der startede liv på Jorden, men en ny undersøgelse tyder på, at livet kunne være begyndt med lidt af begge dele. Forskningen, ledet af forskere fra Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology (LMB), i Cambridge, viser for første gang, hvordan nogle af byggestenene i både DNA og RNA spontant kunne være dannet og sameksisteret i 'ursuppen' på Jorden.

Værket udfordrer en af ​​de førende hypoteser for livets fremkomst - 'RNA-verden'-teorien, som opstod i 60'erne og har vundet bred accept.

I dag, alle kendte levende organismer bruger de samme genetiske molekyler - kaldet nukleinsyrer - til at lagre information. Der er to slags nukleinsyrer:DNA og RNA. DNA koder for instruktioner i gener. Gener omdannes til beskeder ved hjælp af RNA, som indeholder instruktioner til fremstilling af proteiner. Proteiner kan lave strukturer og fungere som molekylære maskiner.

I 'RNA-verden'-teorien, livet startede med RNA-molekyler, som både kan gemme instruktioner og fungere som en beskeden maskine, potentielt gør dem i stand til selv at replikere. Den foreslår, at gennem evolution, livet i RNA-verdenen gav plads til æraen med DNA og proteiner, fordi DNA er mere stabilt og holdbart end RNA.

I den aktuelle undersøgelse, udgivet i Natur , forskerne simulerede forholdene på en oprindelig klippejord med lavvandede damme i laboratoriet. De opløste kemikalier, der danner RNA i vand, tørrede dem derefter ud og opvarmede dem, så simulerede de de tidlige solstråler ved at udsætte dem for UV-stråling.

I denne genskabelse af tidlig jordgeokemi, mellemprodukter i syntesen af ​​to af RNA's byggesten blev samtidig også omdannet til to af DNA'ets byggesten.

Det er den første demonstration af, at rimelige mængder af et genetisk alfabet består af fire byggesten, to for RNA og to for DNA - potentielt tilstrækkeligt til at have kodet tidligt liv, som var langt mindre kompleks end livet i dag - kan have været tilgængelig på den oprindelige Jord.

Professor John Sutherland fra MRC Laboratory of Molecular Biology, hvem ledede arbejdet, siger:"RNA-verdenshypotesen antyder, at livet begyndte med RNA, før en genetisk overtagelse fandt sted, der involverede primitivt biosyntetisk maskineri og naturlig selektion for at resultere i DNA."

"Vores arbejde tyder på, at der under forhold i overensstemmelse med lavvandede urdamme og vandløb var et blandet genetisk system med RNA- og DNA-byggesten, der eksisterede sideløbende ved livets morgen. Dette opfylder, hvad mange mennesker tror er en nøgleforudsætning for den spontane fremkomst af liv på jorden."

Holdets eksperimenter til at simulere tidlig jordgeokemi viste, at fire af byggestenene til DNA og RNA kan opstå fra de samme reagenser og forhold. De producerede cytidin og uridin, to af byggestenene i RNA, og deoxyadenosin, som er en af ​​DNA'erne. Deoxyadenosin blev delvist omdannet til deoxyinosin, som kan tage rollen som en anden DNA-byggesten.

De mener, at disse fire byggesten kan have eksisteret side om side, før livet udviklede sig og var begyndelsen på et primitivt genetisk alfabet.

Professor Sutherland tilføjer:"Nukleinsyrerne, RNA og DNA, er tydeligt beslægtede, og dette arbejde antyder, at de begge stammer fra en hybrid forfader, snarere end det ene går forud for det andet."

"Da genetisk information altid flyder fra nukleinsyrer til proteiner, og aldrig omvendt – et princip kaldet molekylærbiologiens 'centrale dogme' af Francis Crick – vi er nu nødt til at afdække, hvordan den information, som kan lagres og videregives af disse nukleinsyrer, først kunne have været brugt til at danne proteiner."

At forstå livets kemiske oprindelse er et grundlæggende aspekt af naturvidenskaben, og kan informere udformningen af ​​fremtidens syntetiske biologi.

Dr. Megan Dowie, leder af molekylær og cellulær medicin ved MRC kommenterede:"Denne undersøgelse viser, at forskning i blå himmel kan afsløre fascinerende indsigt i, hvordan selve livets begyndelse kan være opstået, og viser vigtigheden af ​​at støtte grundforskning. Disse underbyggende opdagelser inden for biovidenskab kan muliggøre spændende fremtidige strategier for kunstig biologi."