"Az élet eredetével kapcsolatban számos kérdésre megválaszolták a választ, de sok még a tanulmányozásra vár" - mondta Stanley Miller és Harold Urey még 1959-ben, miután beszámoltak az aminosavak laboratóriumi szintéziséről primitív földi körülmények között. Számos előrelépés történt a pályán, de a tudósok régóta küzdenek egy alapvető kérdéssel – melyik genetikai anyag keletkezett először a primitív földön? DNS or RNS, vagy egy kicsit mindkettő? Ma már bizonyítékok vannak erre DNS és a RNS mindkettő együtt létezhetett az őslevesben, ahonnan az életformák a megfelelő genetikai anyagokkal együtt fejlődhettek.
A molekuláris biológia központi dogmája azt állítja DNS teszi a RNS teszi a fehérjék. Fehérjék felelősek a szervezetben végbemenő reakciók többségéért, ha nem mindenért. Egy szervezet teljes funkcionalitása nagymértékben függ azok jelenlététől és kölcsönhatásától fehérje molekulák. A központi dogma szerint fehérjék -ban foglalt információkból származnak DNS amelyet funkcionálissá alakítanak át fehérje az RNS nevű hírvivőn keresztül. Azonban lehetséges, hogy fehérjék önállóan, anélkül is túlélhetnek DNS or RNS, mint a prionok esetében (rosszul hajtogatva fehérje olyan molekulák, amelyek nem tartalmaznak DNS or RNS), de képesek egyedül is túlélni.
Így az élet keletkezésének három forgatókönyve lehet.
A) Ha a fehérjék vagy építőkövei képesek voltak abiotikusan kialakulni az őslevesben évmilliárdokkal ezelőtt létező légkörben, fehérjék alapjának nevezhető az élet eredete. A javára szóló kísérleti bizonyíték Stanley Miller híres kísérletéből származik1, 2, amely kimutatta, hogy amikor metán, ammónia, víz és hidrogén keverékét összekeverik, és egy elektromos kisülésen keresztül keringetik, aminosavak keveréke képződik. Ezt hét évvel később ismét megerősítették3 1959-ben Stanley Miller és Harold Urey kijelentette, hogy a redukáló atmoszféra jelenléte az ősföldön a következő szintézishez vezetett. organikus vegyületeket a fent említett gázok, valamint kisebb mennyiségű szén-monoxid és szén-dioxid jelenlétében. A Miller-Urey kísérletek relevanciáját a tudományos testvériség évekig megkérdőjelezte, és úgy gondolta, hogy a kutatásaik során használt gázelegy túlságosan redukáló az ősföldi állapotokhoz képest. Számos elmélet a semleges atmoszféra felé mutatott, amely többlet CO2-t tartalmaz N2-vel és vízgőzzel4. A semleges atmoszférát azonban az aminosavak szintézisének elfogadható környezeteként is azonosították5. Ezenkívül azért fehérjék ahhoz, hogy az élet eredeteként működjenek, önreplikációra van szükségük, ami a különböző dolgok kombinációjához vezet fehérjék a szervezetben lezajló különböző reakciók kielégítésére.
B) Ha az ősleves feltételeket biztosított az építőelemek számára DNS és / vagy RNS képződni, akkor ezek bármelyike lehetett a genetikai anyag. A kutatás eddig kedvezett RNS az életformák eredetének genetikai anyaga, mivel képesek önmagukra hajtogatni, egyetlen szálként léteznek és enzimként működnek6, többre képes RNS molekulák. Számos önreplikáló RNS enzim7 az évek során felfedezték, ami arra utal RNS hogy legyen a kiindulási genetikai anyag. Ezt tovább erősítette John Sutherland csoportjának kutatása, amely két RNS bázis képződéséhez vezetett az ősleveshez hasonló környezetben foszfát hozzáadásával a keverékbe.8. Az RNS építőelemek kialakulását a Miller-Urey-féle kísérletben használthoz hasonló redukáló atmoszféra szimulálásával is kimutatták (amely ammóniát, szén-monoxidot és vizet tartalmaz), majd elektromos kisüléseket és nagy teljesítményű lézereket vezettek át rajtuk.9. Ha azt kell hinni, hogy az RNS a kiváltó, akkor mikor és hogyan tette DNS és fehérjék jönnek létre? Igen DNS később genetikai anyaggá fejlődött az RNS és a fehérjék instabil természete miatt. Mindezekre a kérdésekre a válaszok továbbra is megválaszolatlanok.
C) A harmadik forgatókönyv, amely szerint a DNS és az RNS együtt létezhet az őslevesben, amely az élet keletkezéséhez vezetett, a 3-án publikált tanulmányokból származik.rd 2020 júniusában John Sutherland csoportja a cambridge-i MRC Laboratóriumból, az Egyesült Királyságban. A kutatók azokat a körülményeket szimulálták, amelyek egy ősi Földön évmilliárdokkal ezelőtt léteztek, a laborban sekély tavakkal. Először feloldották a keletkező vegyszereket RNS vízben, majd szárítás és melegítés, majd UV-sugárzásnak kitéve, amely az ősidőben létező napsugarakat szimulálta. Ez nemcsak a két építőelem szintéziséhez vezetett RNS hanem a DNS, ami arra utal, hogy a két nukleinsav együtt létezett az élet keletkezésének idején10.
A mai ismeretek alapján és a molekuláris biológia központi dogmáját tiszteletben tartva hihetőnek tűnik, hogy a DNS és az RNS együtt létezett, ami az élet keletkezéséhez és a fehérjeképződéshez vezetett, később jött/történt.
A szerző azonban egy másik forgatókönyvet kíván kitalálni, ahol mindhárom fontos biológiai makromolekula, ti. A DNS, az RNS és a fehérje együtt létezett az őslevesben. Az őslevesben uralkodó zűrzavaros körülmények a földfelszín kémiai természetével, vulkánkitörésekkel és olyan gázok jelenlétével, mint az ammónia, metán, szén-monoxid, szén-dioxid és víz, ideálisak lehettek minden makromolekula kialakulásához. Erre utalnak Ferus és munkatársai által végzett kutatások, ahol a nukleobázisok ugyanabban a redukáló atmoszférában keletkeztek.9 Miller-Urey kísérletében használták. Ha hinnünk kell ennek a hipotézisnek, akkor az evolúció során a különböző élőlények átvették egyik vagy másik genetikai anyagot, amely elősegítette létezésüket.
Miközben azonban megpróbáljuk megérteni az életformák eredetét, sok további kutatásra van szükség ahhoz, hogy megválaszoljuk azokat az alapvető és releváns kérdéseket, amelyek az élet keletkezésével és terjedésével kapcsolatosak. Ehhez „out-of-the-box” megközelítésre lenne szükség, anélkül, hogy bármilyen előítéletre támaszkodnánk, amelyet a tudományban követett jelenlegi dogmák vezetnek be gondolkodásunkba.
***
Referenciák:
1. Miller S., 1953. Aminosavak termelése lehetséges primitív földi körülmények között. Tudomány. 15. május 1953.: 117. évf. 3046., 528. szám, 529-XNUMX. o. DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Prebiotic Soup – Revisiting the Miller Experiment. Tudomány 02. május 2003.: 300. évf. 5620, Issue 745, pp. 746-XNUMX DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL és Urey HC, 1959. Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. Tudomány, 31. július 1959.: 130. évf. 3370., 245. szám, 251-XNUMX. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Légkör összetétele és éghajlata a korai Földön. Philos Trans R. Soc. Lond B Biol Sci 361:1733-1741 (2006). Közzétéve: 07. szeptember 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. A prebiotikus szerves szintézis újraértékelése semleges planetáris atmoszférában. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. A közbeeső sorozat RNS A Tetrahymena egy enzim. Science, 31. január 1986.: 231. évf. 4737. szám, 470. szám, 475-XNUMX. o. DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme. Tudomány 08. ápr.: évf. 332., 6026. szám, 209–212. o. (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Aktivált pirimidin ribonukleotidok szintézise prebiotikusan valószínű körülmények között. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Nukleobázisok kialakulása Miller–Urey redukáló atmoszférában. PNAS, 25. április 2017., 114 (17) 4306-4311; első közzététel: 10. április 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Az RNS pirimidin szelektív prebiotikus képződése és DNS purin nukleozidok. Nature 582, 60–66 (2020). Közzétéve: 03. június 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
