Преди милиарди години молекулите на безжизнена и бурна Земя се смесиха, образувайки първите форми на живот. Еони по-късно по-голяма, по-интелигентна форма на живот се сгушва над лабораторни експерименти, опитвайки се да разбере собствените си начала.
Докато някои казват, че животът е възникнал от прости вериги от молекули, други казват, че ранните химични реакции са образували самовъзпроизвеждаща се РНК. Роднина на ДНК, РНК действа като декодер или вестител на генетична информация.
Ново проучване предоставя доказателства за идеята за РНК, която е известна като „хипотеза на света на РНК“. Но поне една съставка в ранната РНК може да се различава от тази, която се намира в съвременната форма, съобщи група учени на 3 декември в списанието Proceedings of the National Academy of Sciences.
Съвременната РНК, заедно с нейната захарна и фосфатна основа, е изградена от четири основни градивни елемента: нуклеобази, наречени аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и урацил (U).
Но се оказва, че ранната РНК може да е имала една нуклеобаза, която не е част от съвременната форма.
В малки пластмасови епруветки изследователите поставят вода, малко сол, буфер, за да запазят рН основни и магнезиеви йони, за да ускорят реакциите. Тези условия са подобни на тези, намиращи се в сладководно езеро или езерце, кратерно езеро или вида езеро или басейн, открити във вулканични райони като Национален парк Йелоустоун - всички места, които животът можеше да започне.
След това изследователите добавиха малко парче РНК, наречено праймер, прикрепен към по-дълго парче от РНК, наречено шаблон. Нова РНК се прави, когато грундът копира шаблонната РНК, чрез двойно сдвояване. Нуклеобазите уникално съвпадат помежду си; C се свързва само с G, а A се свързва само с U.
Изследователите добавиха нуклеобазите (A, C, G и U), за да могат да се свържат с шаблона и по този начин да удължат по-късото парче, грундът. Резултатите показват, че със съставки от съвременна РНК, реакцията не работи достатъчно бързо, за да може РНК да се образува и да се възпроизвежда без грешки.
Но след това изследователите добавиха в сместа друг химикал, наречен инозин, вместо молекулата на базата на гуанин. След това изследователите бяха изненадани да открият, че РНК може да се образува и репликира малко по-точно, отколкото в смес с гуанин.
Тази комбинация не доведе до това, което се нарича "катастрофа с грешки", което означава, че мутации или случайни грешки в репликациите остават под прага, гарантирайки, че те могат да бъдат елиминирани преди натрупването им.
„Фактът, който преодолява проблема с катастрофата на грешките, е важен тест за значимост“, казва Дейвид Деймър, биолог в Калифорнийския университет в Санта Крус, който не беше част от изследването. Единственото му оспорване е твърдението, че инозинът е по-правдоподобен при създаването на примитивна РНК, отколкото други алтернативни бази, каза Деймер. Той все още не смята, че другите основи трябва да бъдат изключени, тъй като "това е твърде широко твърдение ... основано на силно специфична химическа реакция", казва Диймър пред Live Science
Но тъй като инозинът може лесно да се извлече от друга основна двойка, аденин, това прави процеса на възникване на живота „по-лесен“, отколкото ако трябва да направите гуанин от нулата, каза Джон Съдърланд, изследовател на химичния произход на молекулярната биология в MRC Лаборатория по молекулярна биология във Великобритания, която също не беше част от изследването.
Откритията разбиват „конвенционалната мъдрост, че инозинът не може да бъде полезен“, Съдърланд каза пред Live Science. Инозин е спечелил тази репутация, защото работи много специфична работа под формата на РНК, наречена трансферна РНК, която декодира генетичната информация.
Смята се, че инозинът „се колебае“ или се свързва с различни базови двойки, а не с единична. Това би се превърнало в лоша молекула за даване на уникални инструкции за формиране на нова РНК, тъй като не би имало ясна посока за това, с което инозин може да се свърже. И така, „много от нас неправилно са мислили, че е присъщо на инозина“, каза Съдърланд. Но това проучване показа, че инозинът, в контекста на ранния свят, в който за първи път се появи РНК, не се колебае, а вместо това се свързва надеждно с цитозин, добави той.
"Всичко има смисъл сега, но въз основа на по-старите резултати, ние не очаквахме, че инозинът ще работи така добре," каза старши автор на проучването Джак Шостак, професор по химия и химическа биология в Харвардския университет, който също е Нобелов лауреат.
Сегак и неговият екип се опитват да разберат как иначе тази примитивна РНК може да се различава от съвременната РНК - и как в крайна сметка се превърна в съвременна РНК. Също така голяма част от тяхната лаборатория е фокусирана върху това как молекулите на РНК се репликират преди да се развият ензимите. (Ензимите са протеини, които ускоряват химичните реакции.)
"Това е голямо предизвикателство", каза Шостак пред Live Science. "Постигнахме много напредък, но все още има нерешени загадки."
Съдърланд също отбеляза, че полето обикновено се движи от чиста „хипотеза на света на РНК“ в такава, която вижда повече компоненти, смесени в казана, създал живот. Те включват липиди, пептиди, протеини и източници на енергия. Той добави, че в съзнанието на изследователите "това е по-малко пуристичният РНК свят, отколкото преди".
