(Keith Chambers/Science Photo Library/Getty Images) Um einen Weg von der sich nicht entwickelnden organischen Chemie zu den ersten wirklich lebenden Zellen zu verfolgen, haben Wissenschaftler der Harvard Medical School in Massachusetts vorgeschlagen, dass diese frühen Bausteine wenig bekannte Nukleinsäuren enthielten, die nicht Teil eines modernen Genoms sind.
Die Frage, wie wir in DNA kodierte Genombibliotheken entwickelt haben, die von proteinbasierten Enzymen verwaltet und in Notizen kurzlebiger RNA-Längen transkribiert werden, ist von grundlegender Bedeutung für das Verständnis der Entstehung des Lebens auf der Erde.
Die Bausteine für diese beiden allgegenwärtigen Chemikalien könnten leicht unter der Erde vorhanden gewesen sein feindliche Bedingungen auf unserem neugeborenen Planeten .
Aber basierend auf dem, was wir darüber wissen Chemie, die entstehen lässt Neben den bekannten Nukleinsäuren RNA und DNA besteht durchaus Raum für die Möglichkeit, dass sich in der Mischung auch andere Variationen gebildet haben könnten.
Um zu verstehen, wie sich diese Mischung verhalten haben könnte, erstellten die Forscher Nukleotidrezepte, die nicht nur auf Hybridmischungen aus den bekannten Ribonukleinsäuren (RNA) und Desoxyribonukleinsäuren (DNA) basierten, sondern auch auf einer Prise etwas namens „ Arabinonukleinsäure , oder ANA.
Der Unterschied zwischen den drei verschiedenen Nukleinsäuren ist so subtil wie ein fehlender Sauerstoff oder eine umgedrehte Hydroxylgruppe am Zucker, der den Kern des Moleküls bildet.
So gering diese Unterschiede auch sein mögen, sie können einen großen Unterschied machen, wenn es um die Stabilität der Polymere geht, die sie unter verschiedenen Bedingungen bilden. Verschiedene Arten von Nukleinsäuren können sich auch zu Hybridcodes vermischen, von denen einige anfälliger für das Auseinanderbrechen sind als andere.
Die Forscher fanden heraus, dass reine RNA-Stränge bei der Selbstreplikation viel besser abschneiden als andere Formen reiner Nukleinsäure und diese nicht nur in puncto Geschwindigkeit, sondern auch in Bezug auf Präzision und Effizienz übertreffen.
Überraschenderweise konnte sich die RNA durch das Vorkommen bestimmter Kombinationen von DNA/ANA-Hybriden in der Umgebung sogar noch besser replizieren, ein Befund, der eine langjährige Kritik an dem, was so genannt wird, widerlegt RNA-Welthypothese .
Damals in den 1960er Jahren Die Biologen Carl Woese, Francis Crick und Leslie Orgel wiesen darauf hin, dass RNA die Fähigkeit besitzt, zwei Aufgaben in einer zu erledigen. Auch heute noch wird es als Mittel zur Kodierung und Ausführung physischer Aufgaben in einer Zelle angesehen.
Dies bedeutete, dass RNA als praktischer Prolog für das Leben dienen und die Grundlage eines „ RNA-Welt ' konkurrierender Nukleinsäuresequenzen, indem es die Rolle eines Anleitungsführers und eines Fotokopierers übernimmt.
Leider ist „bequem“ hier das Schlüsselwort. Wie konnte die RNA zum König werden, wenn sie doch von Doppelgängern umgeben war, die ihre Maschinerie verstopfen konnten?
„Vor Jahren verspottete Leslie Orgel die naive Vorstellung, dass es auf der Urerde Pools reiner konzentrierter Ribonukleotide geben könnte, als ‚Traum des Molekularbiologen‘.“ sagt der Harvard-Chemiebiologe und Nobelpreisträger Jack Szostak.
„Aber wie relativ moderne homogene RNA aus einer heterogenen Mischung verschiedener Ausgangsmaterialien entstehen konnte, war unbekannt.“
Vor einigen Jahren , Szostak und sein Team fanden Hinweise darauf, dass hybride Stränge aus RNA und DNA erklären könnten, warum die DNA schließlich trotz der Doppelbegabung der RNA unser Genom dominierte.
Diese neueste Forschung ergänzt die Entdeckung, indem sie erneut zeigt, dass wir nicht erklären müssen, wie RNA oder DNA getrennt in ihren eigenen feuchten Taschen der Chemie entstanden sind.
„Es war kein ursprünglicher Pool reiner Bausteine nötig“ sagt Szostak .
Darüber hinaus hätte das Vorhandensein anderer Arten von Nukleinsäuren – einschließlich solcher, die nicht mehr von lebenden Maschinen verwendet werden – dazu beitragen können, dass Stränge reiner RNA dominieren, sodass sie die grundlegendsten Aufgaben der Biologie übernehmen und eine primitive Lebensform darstellen könnten.
„Die intrinsische Chemie der RNA-Kopierchemie würde im Laufe der Zeit zur Synthese immer homogenerer RNA-Stücke führen.“ sagt Szostak .
Zukünftige Arbeiten könnten zeigen, wie andere Nukleinsäuren mit der aufkeimenden Biochemie interagieren, und mögliche Details über den Ursprung des Lebens als Chimäre aus DNA, RNA, ANA und möglicherweise sogar anderen Varianten, die uns derzeit bekannt sind, liefern Träume nur in einem Labor .
Während wir nur darüber spekulieren können, wie das Leben auf der Erde vor mehreren Milliarden Jahren entstanden ist, könnte die Suche nach Beweisen für unsere Herkunft uns helfen zu verstehen, wie das Leben anderswo im Kosmos entstehen könnte, ganz zu schweigen davon, wie wir bei der Schöpfung vorgehen könnten synthetische Alternativen zur Biologie hier auf unserem Heimatplaneten.
Bei diesem Tempo müssen wir möglicherweise die RNA-Welthypothese als NA betrachten.
Diese Forschung wurde in der veröffentlicht Zeitschrift der American Chemical Society .