În urmă cu miliarde de ani, moleculele de pe un Pământ fără viață și tumultuoase s-au amestecat, formând primele forme de viață. Eons mai târziu, o formă de viață mai mare și mai inteligentă se agită în urma experimentelor de laborator încercând să înțeleagă propriile începuturi.
În timp ce unii spun că viața a apărut din lanțuri simple de molecule, alții spun că reacțiile chimice timpurii au format ARN auto-replicant. O rudă a ADN-ului, ARN acționează ca un decoder sau mesager de informații genetice.
Un nou studiu oferă dovezi pentru ideea ARN, care este cunoscută sub numele de „ipoteza lumii ARN”. Dar cel puțin un ingredient din ARN timpuriu poate diferi de ceea ce se găsește în forma modernă, a raportat un grup de oameni de știință pe 3 decembrie în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences.
ARN modern, alături de coloana vertebrală a zahărului și fosfatului, este format din patru blocuri principale de construcție: nucleobaze numite adenină (A), citozină (C), guanină (G) și uracil (U).
Dar se dovedește că ARN-ul timpuriu ar fi putut avea o nucleobază care nu face parte din forma modernă.
În tuburile minuscule de plastic, cercetătorii au pus apă, un pic de sare, tampon pentru a menține pH-ul de bază și ionii de magneziu pentru a accelera reacțiile. Aceste condiții sunt similare cu cele găsite într-un lac sau o baltă cu apă dulce, un lac de cratere sau genul de lac sau bazin găsit în regiuni vulcanice, cum ar fi Parcul Național Yellowstone - toate locurile pe care viața le-ar fi putut începe.
Cercetătorii au adăugat apoi o mică bucată de ARN numită grund atașat la o bucată mai lungă de ARN numită șablon. ARN nou se realizează atunci când un primer copiază șablonul ARN, prin împerecherea de bază. Nucleobazele se potrivesc unic cu altele; C se leagă doar cu G, iar A se leagă doar cu U.
Cercetătorii au adăugat nucleobazele (A, C, G și U), astfel încât să se poată lega de șablon și, astfel, să extindă piesa mai scurtă, grundul. Rezultatele au arătat că, cu ingrediente din ARN modern, reacția nu a funcționat suficient de rapid pentru ca ARN să se formeze și să se reproducă fără erori.
Dar apoi, cercetătorii au adăugat în amestec o altă substanță chimică, numită inosină, în locul moleculei pe bază de guanină. După aceea, cercetătorii au fost surprinși să constate că ARN-ul s-ar putea forma și reproduce puțin mai exact decât se întâmplă într-un amestec cu guanină.
Acest amestec nu a provocat ceea ce se numește "catastrofă de eroare", ceea ce înseamnă că mutațiile sau greșelile aleatorii în replici au rămas sub un prag, asigurându-se că pot fi eliminate înainte de a acumula.
„Faptul că depășește problema catastrofei erorilor este un test important al importanței”, a declarat David Deamer, biolog la Universitatea din California, Santa Cruz, care nu a făcut parte din studiu. Singura sa chestiune este afirmația că inosina este mai plauzibilă în crearea ARN primitiv decât alte baze alternative, a spus Deamer. El încă nu crede că celelalte baze ar trebui excluse, deoarece "aceasta este o afirmație destul de largă ... bazată pe o reacție chimică foarte specifică", a spus Deamer pentru Live Science
Dar, deoarece inosina poate fi derivată cu ușurință dintr-o altă pereche de baze, adenina, face ca procesul de origine a vieții să fie „mai ușor” decât dacă ar trebui să faci guanină de la zero, a spus John Sutherland, cercetător în originile chimice ale biologiei moleculare la MRC Laboratorul de Biologie Moleculară din Marea Britanie, care nici nu a făcut parte din studiu.
Rezultatele sparg „înțelepciunea convențională că inosina nu ar fi putut fi utilă”, a spus Sutherland Live Science. Inosine și-a câștigat această reputație, deoarece lucrează foarte bine într-o formă de ARN numit ARN de transfer, care decodează informațiile genetice.
Se credea că Inosine „se va căuta” sau se leagă de diferite perechi de baze decât de o singură. Asta i-ar fi făcut o moleculă săracă pentru a da instrucțiuni unice pentru a forma un nou ARN, deoarece nu ar fi existat o direcție clară cu ce inosină s-ar putea lega. Și deci, „mulți dintre noi am crezut greșit că aceasta este o proprietate inerentă a inosinei”, a spus Sutherland. Dar acest studiu a arătat că inosina, în contextul mondial timpuriu în care a apărut ARN-ul pentru prima dată, nu se încurcă, ci în schimb se împerechează în mod fiabil cu citosina, a adăugat el.
"Totul are sens acum, dar bazat pe rezultatele mai vechi, nu ne așteptam ca inosina să funcționeze la fel de bine", a spus autorul principal al studiului Jack Szostak, profesor de chimie și biologie chimică la Universitatea Harvard, care este de asemenea un laureat Nobel.
Szostak și echipa sa încearcă acum să descopere cum altfel acel ARN primitiv ar fi putut fi diferit de ARN-ul modern - și cum s-a transformat în cele din urmă în ARN modern. De asemenea, o mare parte din laboratorul lor este axat pe modul în care moleculele de ARN s-au reprodus înainte de a evolua enzimele. (Enzimele sunt proteine care accelerează reacțiile chimice.)
"Aceasta este o provocare mare", a spus Szostak la Live Science. „Am făcut multe progrese, dar mai sunt puzzle-uri nesoluționate”.
De asemenea, Sutherland a menționat că, în general, câmpul trece de la o pură „ipoteză a lumii ARN“ la una care vede mai multe componente amestecate în căldarul care a creat viața. Acestea includ lipide, peptide, proteine și surse de energie. El a adăugat că în mintea cercetătorilor, „Este o lume ARN mai puțin puristă decât era înainte”.
