Мільярди років тому молекули на неживій і бурхливій Землі змішувалися, утворюючи перші життєві форми. Через епохи більша, розумніша форма життя метушиться над експериментами в лабораторіях, намагаючись зрозуміти власні начала.
Хоча одні кажуть, що життя виникла з простих ланцюгів молекул, інші кажуть, що ранні хімічні реакції утворювали самовідтворюється РНК. Родина ДНК, РНК діє як декодер або вісник генетичної інформації.
Нове дослідження надає докази ідеї РНК, яка відома як "гіпотеза світової РНК". Але хоча б один інгредієнт ранньої РНК може відрізнятися від того, що знайдено в сучасному вигляді, група вчених повідомила 3 грудня в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.
Сучасна РНК, поряд із її цукровою та фосфатною основою, складається з чотирьох основних будівельних блоків: нуклеобаз, званих аденіном (A), цитозином (C), гуаніном (G) та урацилом (U).
Але виявляється, що рання РНК, можливо, мала одну нуклеобазу, яка не є частиною сучасної форми.
У крихітні пластикові пробірки дослідники кладуть воду, трохи солі, буфер, щоб підтримувати рівень рН основного та іони магнію, щоб прискорити реакції. Ці умови схожі на такі, що знаходяться у прісноводних озерах чи ставках, кратерному озері або на озері або басейні, що зустрічаються у вулканічних регіонах, таких як Національний парк Йеллоустоун - всі місця, з яких могло початися життя.
Потім дослідники додали невеликий шматочок РНК, який називається праймером, приєднаним до більш тривалого шматка РНК, який називається шаблоном. Нова РНК створюється, коли праймер копіює шаблон РНК через спарювання бази. Нуклеобази однозначно збігаються між собою; C пов'язує лише G, а A пов'язує лише U.
Дослідники додали нуклеобази (A, C, G і U), щоб вони могли зв’язатися з шаблоном і тим самим подовжити коротший шматок, праймер. Результати показали, що з інгредієнтами сучасної РНК реакція не працювала досить швидко, щоб РНК формувалася та повторювалася без помилок.
Але потім дослідники замість молекули на основі гуаніну в суміш додали іншу хімічну речовину, яку називають інозином. Після цього дослідники з подивом виявили, що РНК може утворювати та повторювати трохи точніше, ніж це відбувається в суміші з гуаніном.
Ця суміш не спричинила те, що називається "катастрофою помилок", тобто мутації або випадкові помилки в реплікаціях залишалися нижче порогового рівня, забезпечуючи їх усунення до накопичення.
"Те, що переживає проблему катастрофи помилок, є важливим тестом на важливість", - сказав Девід Дімер, біолог з Каліфорнійського університету Санта-Крус, який не був учасником дослідження. Єдиний його спір - це твердження, що інозин є більш правдоподібним у створенні примітивної РНК, ніж інші альтернативні підстави, сказав Дімер. Він ще не вважає, що інші підстави повинні бути виключені, оскільки "це досить широка претензія ... заснована на високоспецифічній хімічній реакції", сказав Дімер в Live Science
Але оскільки інозин може бути легко похідний від іншої базової пари, аденіну, це робить процес виникнення життя «простішим», ніж якби вам довелося робити гуанін з нуля, - сказав Джон Сазерленд, дослідник хімічних витоків молекулярної біології МРЦ. Лабораторія молекулярної біології у Великобританії, яка також не була частиною дослідження.
Отримані результати порушують "загальноприйняту мудрість, що інозин не міг бути корисним", сказав Сазерленд Live Science. Інозин заслужив цю репутацію, оскільки працює надто специфічною роботою у формі РНК під назвою переносна РНК, яка декодує генетичну інформацію.
Вважалося, що інозин "коливається" або зв'язується з різними парами основ, а не з однією. Це зробило б це бідною молекулою для надання унікальних вказівок для формування нової РНК, оскільки не було б чіткого напряму того, з чим може бути пов'язаний інозин. І так, "багато з нас помилково подумали, що це властива інозину", - сказав Сазерленд. Але це дослідження показало, що інозин, в контексті раннього світу, де РНК з'явилася вперше, не коливається, а натомість надійно поєднується з цитозином, додав він.
"Це все має сенс, але, виходячи з більш старих результатів, ми не очікували, що інозін спрацює так добре", - сказав старший автор дослідження Джек Шостак, професор хімії та хімічної біології Гарвардського університету, який також Нобелівський лауреат.
Шостак та його команда зараз намагаються з'ясувати, чим ще ця примітивна РНК могла б відрізнятися від сучасної РНК - і як вона врешті-решт перетворилася на сучасну РНК. Крім того, значна частина їх лабораторії зосереджена на тому, як молекули РНК реплікувалися до того, як ферменти розвивалися. (Ферменти - це білки, які прискорюють хімічні реакції.)
"Це великий виклик", - сказав Джостак Live Science. "Ми досягли значного прогресу, але головоломки все ще є".
Сазерленд також зазначив, що поле, як правило, переходить від чистої "гіпотези" РНК світу в таку, яка бачить більше компонентів, змішаних у казані, який створив життя. До них належать ліпіди, пептиди, білки та джерела енергії. Він додав, що в думках дослідників "це менш пуристичний РНК, ніж раніше".
