Kemikere viser, at livet på Jorden ikke var et lykketræf

Kemikere ved The Scripps Research Institute (TSRI) har taget et stort skridt i retning af at besvare et af videnskabens mest fundamentale spørgsmål:Givet de rette forhold, ville der så opstå liv på en fjern planet?

Svaret, ifølge deres nye arbejde, er sandsynligvis ja.

"Vi har nu en vej, der går mere eller mindre fra de meget enkle udgangsmaterialer, der var tilgængelige i den tidlige Jord til de komplekse præbiotiske molekyler, du har brug for til livets oprindelse," siger Ramanarayanan Krishnamurthy, en TSRI-professor og medlem af Skaggs Institute for Kemisk biologi.

I årtier har videnskabsmænd forsøgt at forstå, hvordan den første celle opstod fra livløst stof - et begreb, der ofte omtales som "livets oprindelse." Mange biologer mener, at RNA-molekylet - som både har informationslagring (som DNA) og aktivitetsudførende (som proteiner) - kan have været den oprindelige molekylære forfader, der i sidste ende førte til den første levende organisme. RNA er imidlertid lavet af byggesten, der er ret svære at få fat i.

Men i en rapport i tidsskriftet Nature Chemistry præsenterer Krishnamurthys team ny indsigt, der kan ændre synet på, hvordan det første replikatormolekyle opstod.

Krishnamurthys laboratorium har sammen med TSRI-professor Matthew Disney og tidligere TSRI-postdoc og nuværende professor ved University of South Carolina, Andrew Ellington, studeret konceptet om, at den genetiske kode kunne være opstået naturligt fra en meget kompleks blanding af byggesten. Men det, de virkelig havde brug for, var en enkel, realistisk forklaring på, hvordan de originale byggeklodser kunne have dannet sig i første omgang.

"Du kan ikke begynde at tale om livets oprindelse uden først at overveje oprindelsen af ​​de rigtige byggesten," sagde førsteforfatter og TSRI-kandidatstuderende Yunwei Mao. "Heldigvis har vi et par årtiers arbejde med at fortælle os, hvilke simple byggesten der kræves for at lave RNA-strenge."

En sådan simpel byggesten er molekylet isocytosin, som i tidligere forskning TSRI-forskere har vist kan samles spontant for at danne de essentielle byggesten i genetiske molekyler, kendt som nukleotider.

I tæt samarbejde med Krishnamurthy, Disney og Ellington har Mao og hendes kolleger nu identificeret en meget plausibel forklaring på, hvordan isocytosin kunne være opstået på den tidlige Jord. De begyndte med at identificere det enkleste sæt betingelser, der ville tillade isocytosin at dannes ved at blande simple komponenter såsom hydrogencyanid i vand og udsætte det for ultraviolet (UV) lys. Gennem en række eksperimenter var de i stand til at vise, at nøglereaktionen katalyseres naturligt:​​i det væsentlige udløser reaktionen sig selv efter den indledende UV-lyseksponering og kan fortsætte med at generere isocytosin relativt hurtigt.

Implikationerne af denne opdagelse, sagde Krishnamurthy, er dybe:"Det betyder, at de byggesten, der er nødvendige for at kickstarte et genetisk system, faktisk kan opstå under ganske enkle og realistiske forhold på den tidlige Jord. Nu kan vi forestille os et scenarie, hvor meget simpel kemi, som vi ser i interstellare skyer, giver anledning til den kompleksitet, vi ser i biologien på Jorden."

Forskerne bemærker dog, at yderligere trin skal udarbejdes, før deres teori kan betragtes som fuldstændig. For eksempel skal de finde ud af, hvordan de isocytosinmolekyler, de genererede, kan omdannes til ribonukleotiderne - RNA's byggesten. Derudover ønsker de at forstå den detaljerede molekylære mekanisme, der tillader den spontane dannelse af genetisk information fra en kompleks blanding eller organiske molekyler.

Dette arbejde blev støttet af Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) bevilling W911NF-13-C-0043 og National Institutes of Health bevilling R01GM078401.