Több milliárd évvel ezelőtt az élettelen és zavaros földön lévõ molekulák keveredtek, és képezték az elsõ életformákat. Örök később, egy nagyobb, okosabb életforma összecsuklik a laboratóriumi kísérletekkel, amelyek megpróbálják megérteni a saját kezdetét.
Míg egyesek szerint az élet egyszerű molekulák láncából származik, mások szerint a korai kémiai reakciók önreplikáló RNS-t alkotnak. A DNS rokona, az RNS a genetikai információ dekódolója vagy hírnöke.
Egy új tanulmány bizonyítékot szolgáltat az RNS ötletére, amelyet "RNS világhipotézisnek" hívnak. De a korai RNS legalább egy összetevője eltérhet a modern formában levőktől, tudósok egy csoportja december 3-án számolt be a Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratában.
A modern RNS a cukor- és foszfátváz mellett négy fő építőelemből áll: adenin (A), citozin (C), guanin (G) és uracil (U).
De kiderül, hogy a korai RNS-ben lehet egy nukleáris bázis, amely nem része a modern formának.
Az apró műanyag csövekbe a kutatók vizet, egy kis sót, puffert tettek a bázikus pH megtartására, és a magnézium-ioneket a reakció gyorsítására. Ezek a feltételek hasonlóak az édesvízi-tóban vagy a tóban, a kráter-tóban vagy a vulkáni régiókban, például a Yellowstone Nemzeti Parkban található tóban vagy medencében - minden olyan helyen, ahol az élet megkezdődhetett.
A kutatók ezután egy kis darab RNS-t adtak hozzá, úgynevezett primernek, amely egy hosszabb RNA darabhoz kapcsolódott, sablonnak. Új RNS-t akkor állítunk elő, amikor egy primer sablon RNS-t másol át bázispárosítás révén. A nukleáris bázisok egyedileg illenek egymáshoz; C csak G-vel kötődik, és A csak U-val kötődik.
A kutatók hozzáadták a nukleáris bázisokat (A, C, G és U), hogy kötődjenek a templáthoz, és így meghosszabbítsák a rövidebb darabot, az alapot. Az eredmények azt mutatták, hogy a modern RNS-ből származó összetevők esetén a reakció nem működött elég gyorsan ahhoz, hogy az RNS hibák nélkül képződjön és replikálódjon.
Aztán a kutatók a guanin alapú molekula helyett egy másik vegyületet, az inozint hívtak hozzá a keverékhez. Ezt követően a kutatók meglepődtek, hogy az RNS valamivel pontosabban képezhet és replikálódhat, mint guaninnal keverve.
Ez a keverék nem okozta az úgynevezett „hibakatasztrófát”, ami azt jelenti, hogy a replikációk mutációi vagy véletlenszerű hibái küszöb alatt maradtak, biztosítva, hogy a felhalmozódásuk előtt kiküszöbölhetők legyenek.
"A tény, amely legyőzi a hibakatasztrófa problémáját, fontos teszt a jelentőség szempontjából" - mondta David Deamer, a Santa Cruz-i kaliforniai egyetem biológusa, aki nem vett részt a vizsgálatban. Az egyetlen érv az az állítás, miszerint az inozin valószínűbb az primitív RNS előállításában, mint más alternatív bázisok - mondta Deamer. Még nem gondolja, hogy a többi bázist ki kell zárni, mivel "ez egy meglehetősen széles igény, amely egy nagyon specifikus kémiai reakción alapszik" - mondta Deamer a Live Science-nek
Mivel azonban az inozint könnyen lehet származtatni egy másik bázispárból, az adeninből, ez megkönnyíti a származási folyamatot, mintha a guanint a nulláról kellett volna készíteni - mondta John Sutherland, az MRC molekuláris biológiájának kémiai eredetű kutatója. Az Egyesült Királyság molekuláris biológiai laboratóriuma, amely szintén nem vett részt a vizsgálatban.
Az eredmények megtörik "a hagyományos bölcsességet, amely szerint az inozin nem lehetett volna hasznos" - mondta Sutherland a Live Science-nek. Az Inosine ezt a hírnevet szerzett, mivel nagyon specifikus munkát végez RNS formában, az úgynevezett transzfer RNS-nek, amely dekódolja a genetikai információkat.
Az inozinról azt gondolták, hogy "ingadozik" vagy kötődik különféle bázispárokhoz, és nem egyetlen. Ez rossz molekulává tette volna az egyedülálló utasítások megadását az új RNS képzésére, mivel nem lett volna világos útmutatás arra, hogy mihez kötődik az inozin. És tehát "sokan tévesen gondoltuk, hogy ez az inozin szerves tulajdonsága" - mondta Sutherland. De ez a tanulmány kimutatta, hogy az inozin a korai világban, ahol az RNS először létrejött, nem ingadozik, hanem megbízhatóan párosul a citozinnal - tette hozzá.
"Mindennek van értelme, de a régebbi eredmények alapján nem számítottuk arra, hogy az inozin ugyanolyan jól működik, mint ahogyan" - mondta Jack Szostak, a tanulmány vezető szerzője, a Harvard Egyetem kémia és kémiai biológia professzora, aki szintén egyben Nobel-díjas.
Szostak és csapata most megpróbálja kitalálni, hogy az primitív RNS különbözhetett-e másképp a modern RNS-től - és hogyan alakult végül modern RNS-ként. Emellett laboratóriumaik nagy része arra összpontosít, hogy az RNS-molekulák miként replikálódtak az enzimek kialakulása előtt. (Az enzimek olyan fehérjék, amelyek felgyorsítják a kémiai reakciókat.)
"Ez nagy kihívás" - mondta Szostak a Live Science-nek. "Sok előrelépést tettünk, de vannak még megoldatlan rejtvények."
Sutherland azt is megjegyezte, hogy a mező általában a tiszta "RNS-világhipotézis" felől mozog olyan helyre, amely több összetevőt kever be az üstbe, amely az életet teremtette. Ide tartoznak a lipidek, peptidek, fehérjék és energiaforrások. Hozzátette, hogy a kutatók fejében "kevésbé purisztikus RNS-világ, mint régen".
