Η ανακάλυψη ενισχύει τη θεωρία ότι η ζωή στη Γη προήλθε από ένα μείγμα RNA-DNA

Πίστωση: CC0 Public Domain

Οι χημικοί της Scripps Research έχουν κάνει μια ανακάλυψη που υποστηρίζει ένα εκπληκτικό νέο όραμα για το πώς προήλθε η ζωή στον πλανήτη μας.


Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Journal of Chemistry Εφαρμοσμένη χημείαΈδειξαν ότι μια απλή ένωση που ονομάζεται διφωσφορικό (DAP), η οποία ευλόγως υπήρχε στη Γη πριν από την έλευση της ζωής, θα μπορούσε να συνδέσει χημικά μικρά δομικά στοιχεία DNA που ονομάζονται δεοξυνουκλεοζίτες σε σκέλη πρωτόγονου DNA.

Το εύρημα είναι το τελευταίο σε μια σειρά ανακαλύψεων, τα τελευταία χρόνια, που δείχνει ότι το DNA και το στενό χημικό ξάδελφό του RNA μπορεί να έχουν εμφανιστεί μαζί ως προϊόντα παρόμοιων χημικών αντιδράσεων και ότι τα πρώτα μόρια που αναπαράγονται – οι πρώτες μορφές ζωής στη Γη – ήταν ένα μείγμα των δύο.

Η ανακάλυψη μπορεί επίσης να οδηγήσει σε νέες πρακτικές εφαρμογές στη χημεία και τη βιολογία, αλλά η κύρια σημασία της είναι ότι αντιμετωπίζει το αρχαίο ερώτημα πώς προέκυψε η ζωή στη Γη για πρώτη φορά. Συγκεκριμένα, ανοίγει το δρόμο για πιο εμπεριστατωμένες μελέτες για το πώς ένα μείγμα αυτοαντιγραφόμενου RNA εξελίχθηκε και εξαπλώθηκε στην πρωτόγονη Γη και τελικά την καλλιέργεια πιο ώριμης βιολογίας σύγχρονων οργανισμών.

“Αυτό το εύρημα είναι ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη ενός λεπτομερούς χημικού μοντέλου για το πώς προέκυψε η πρώτη ζωή στη Γη”, λέει ο επικεφαλής συγγραφέας Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Scripps Research.

Αυτή η ανακάλυψη απομακρύνει επίσης το πεδίο προέλευσης της χημείας ζωής από την υπόθεση που την κυριάρχησε τις τελευταίες δεκαετίες: η υπόθεση “RNA World” υποθέτει ότι οι πρώτες επιπλοκές βασίστηκαν στο RNA και ότι το DNA προέκυψε αργότερα μόνο ως προϊόν μορφών ζωής RNA.

Είναι RNA πάρα πολύ κολλώδες;

Οι Krishnamurthy κ.ά. αμφισβήτησαν εν μέρει την υπόθεση του βασικού RNA επειδή τα μόρια RNA μπορεί να ήταν απλά πολύ «κολλώδη» για να χρησιμοποιηθούν ως τα πρώτα αυτοαναπαραγόμενα.

Μια λωρίδα RNA μπορεί να προσελκύσει άλλα μεμονωμένα δομικά στοιχεία του RNA, τα οποία κολλάνε για να σχηματίσουν ένα είδος νήματος καθρέφτη-εικόνας – κάθε δομικό στοιχείο στο νέο σκέλος συνδέεται με το συμπληρωματικό δομικό στοιχείο του αρχικού κλώνου «προτύπου». Εάν το νέο νήμα μπορεί να διαχωριστεί από το νήμα, και με την ίδια διαδικασία, αρχίστε να σχηματίζετε άλλους νέους κλώνους, τότε σημαίνει ότι έχει επιτύχει το επίτευγμα αυτοδιπλασιασμού που βρίσκεται πέρα ​​από τη ζωή.

Αλλά ενώ οι κλώνοι RNA μπορεί να είναι καλοί στο σχηματισμό συμπληρωματικών χορδών, δεν είναι καλοί στο διαχωρισμό από αυτούς τους κλώνους. Οι σύγχρονοι οργανισμοί δημιουργούν ένζυμα που μπορούν να αναγκάσουν τους διπλούς κλώνους του RNA να κάνουν ξεχωριστούς τρόπους, επιτρέποντας έτσι την αναπαραγωγή, αλλά δεν είναι σαφές πώς θα μπορούσε να γίνει σε έναν κόσμο όπου τα ένζυμα δεν υπήρχαν ακόμη.

Χιμαιρικό διάλυμα

Ο Krishnamurthy και οι συνάδελφοί του έχουν δείξει σε πρόσφατες μελέτες ότι “χιμαιρικές” μοριακές αλυσίδες που αποτελούν μέρος του DNA και μέρος του RNA ενδέχεται να είναι σε θέση να παρακάμψουν αυτό το πρόβλημα, επειδή μπορούν να προκαλέσουν συμπληρωματικούς κλώνους με λιγότερο ιξώδη τρόπο που τους επιτρέπει να διαχωρίζονται σχετικά εύκολα.

Οι χημικοί έχουν επίσης δείξει σε ερευνητικά έγγραφα που έχουν αναφερθεί ευρέως τα τελευταία χρόνια ότι τα απλά δομικά στοιχεία ριβονουκλεοσιδίων και διοξουκλεοσιδίων, από RNA και DNA αντίστοιχα, θα μπορούσαν να προέρχονται υπό πολύ παρόμοιες χημικές συνθήκες στην πρώιμη Γη.

Επιπλέον, ανέφεραν το 2017 ότι η οργανική ένωση DAP θα μπορούσε να είχε διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στη ρύθμιση των ριβονουκλεοσιδίων και της σύνδεσης μεταξύ των πρώτων κλώνων RNA. Η νέα μελέτη δείχνει ότι, υπό παρόμοιες συνθήκες, το φωσφορικό δι-αμμώνιο θα μπορούσε να είχε το ίδιο για το DNA.

“Βρήκαμε, προς έκπληξή μας, ότι η χρήση του DAP για αλληλεπίδραση με δεοξυνουκλεοζίτες λειτουργεί καλύτερα όταν δεν είναι όλα τα διοξινουκλεοτίδια ίδια, αλλά αντ ‘αυτού είναι ένα μείγμα διαφορετικών” γραμμάτων “DNA όπως Α και Τ, ή G και C, όπως το πραγματικό DNA,” Λέει ο πρώτος συγγραφέας Eddie Jimenez, Ph.D., μεταδιδακτορικός ερευνητής στο Krishnamurthy Lab.

“Τώρα που καταλαβαίνουμε καλύτερα πώς η πρωτόγονη χημεία μπορεί να έχει δημιουργήσει τα πρώτα RNA και DNA, μπορούμε να αρχίσουμε να τα χρησιμοποιούμε σε ένα συνδυασμό των δομικών στοιχείων της ριβονουκλεοσίδης και της δεοξυνουκλεοσίδης για να δούμε ποια χιμαιρικά μόρια σχηματίζονται – και αν μπορούν να αναπαράγονται και να εξελίσσονται”, λέει ο Krishnamworthy.

Σημειώνει ότι το έργο μπορεί επίσης να έχει ευρείες πρακτικές εφαρμογές. Η τεχνητή σύνθεση DNA και RNA – για παράδειγμα στην τεχνολογία “PCR” που υποστηρίζει τις δοκιμές COVID-19 – ανταποκρίνεται σε ένα παγκόσμιο πρότυπο, αλλά βασίζεται σε σχετικά εύθραυστα ένζυμα και συνεπώς έχει πολλούς περιορισμούς. Ο Krishnamurthy λέει ότι ισχυρές χημικές μέθοδοι χωρίς ένζυμα για την παραγωγή DNA και RNA μπορεί να γίνουν πιο ελκυστικές σε πολλά περιβάλλοντα.


Τα δομικά στοιχεία του DNA και του RNA θα μπορούσαν να εμφανιστούν μαζί πριν ξεκινήσει η ζωή στη Γη


περισσότερες πληροφορίες:
Ramanarayanan Krishnamurthy et al, Prebiotic Phosphorylation and Oligomerization of Deoxynucleosides for DNA Formation, Angewandte Chemie International Edition (2020). DOI: 10.1002 / anie.202015910

το απόσπασμα: Η ανακάλυψη ενισχύει τη θεωρία ότι η ζωή στη Γη προέκυψε από έναν συνδυασμό RNA-DNA (2020, 28 Δεκεμβρίου) Ανακτήθηκε στις 28 Δεκεμβρίου 2020 από https://phys.org/news/2020-12-discovery-boosts-theory-life- earth.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Παρά οποιαδήποτε δίκαιη μεταχείριση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς έγγραφη άδεια Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Η μελέτη αποκαλύπτει βασικές διαφορές στην απόκριση ατόμων με συγκεκριμένα χαρακτηριστικά στο "Covid-19"

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *