Η αυθόρμητη συγχώνευση των μορίων που οδήγησαν στη ζωή στην αρχέγονη Γη, πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, μπορεί τελικά να παρατηρήθηκε σε εργαστήριο. Αντιγράφοντας τις πιθανές συνθήκες του νεογέννητου πλανήτη μας, χημικοί συνδύασαν RNA και αμινοξέα – το κρίσιμο πρώτο βήμα που τελικά θα οδηγούσε στον πολλαπλασιασμό των ζωντανών οργανισμών που σέρνονται σε όλη τη Γη σήμερα.
Η πειραματική εργασία θα μπορούσε να αποφέρει σημαντικά στοιχεία σχετικά με την προέλευση μιας από τις πιο σημαντικές βιολογικές σχέσεις: αυτής μεταξύ των νουκλεϊκών οξέων και των πρωτεϊνών.
«Η ζωή σήμερα χρησιμοποιεί μια εξαιρετικά πολύπλοκη μοριακή μηχανή, το ριβόσωμα, για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Αυτή η μηχανή απαιτεί χημικές οδηγίες γραμμένες σε αγγελιοφόρο RNA, το οποίο μεταφέρει την αλληλουχία ενός γονιδίου από το DNA ενός κυττάρου στο ριβόσωμα. Το ριβόσωμα στη συνέχεια, σαν μια γραμμή συναρμολόγησης εργοστασίου, διαβάζει αυτό το RNA και συνδέει τα αμινοξέα, ένα προς ένα, για να δημιουργήσει μια πρωτεΐνη», εξηγεί ο χημικός Μάθιου Πάουνερ του University College London.
«Έχουμε πετύχει το πρώτο μέρος αυτής της πολύπλοκης διαδικασίας, χρησιμοποιώντας πολύ απλή χημεία σε νερό σε ουδέτερο pH για να συνδέσουμε τα αμινοξέα με το RNA. Η χημεία είναι αυθόρμητη, επιλεκτική και θα μπορούσε να έχει συμβεί στην πρώιμη Γη».
Αν και γνωρίζουμε ότι η ζωή πρέπει να αναδύθηκε από την αρχέγονη λάσπη της Γης -άλλωστε, να που φτάσαμε εδώ-, οι επιστήμονες δεν είναι τόσο σίγουροι για το πώς συνέβη. Μια αναπτυσσόμενη σχολή σκέψης επενδύει στο RNA ως αυτοαναπαραγόμενο νουκλεϊκό οξύ, το οποίο, χάρη στην ικανότητά του να εκτελεί και μηχανικό έργο, μπορεί να καταλύσει άλλες χημικές αντιδράσεις. Αυτό είναι γνωστό ως η υπόθεση του κόσμου του RNA. Οι πρωτεΐνες δεν μπορούν να αυτοαναπαραχθούν. Οι οδηγίες για την ακριβή αλληλουχία των αμινοξέων κωδικοποιούνται σε αλληλουχίες νουκλεϊκών οξέων όπως το RNA.
Έτσι, ενώ οι πρωτεΐνες παίζουν απαραίτητο ρόλο σε πολλές βιολογικές διεργασίες, τα μόρια του νουκλεϊκού οξέος παρέχουν ένα κρίσιμο πρότυπο για την παραγωγή τους. Ωστόσο, αυτό σημαίνει ότι τα δύο μοριακά συστατικά θα έπρεπε να βρουν έναν τρόπο να ενωθούν στις υγρές, ατμώδεις συνθήκες της πρώιμης Γης.
«Η ζωή βασίζεται στην ικανότητα σύνθεσης πρωτεϊνών – είναι τα βασικά λειτουργικά μόρια της ζωής. Η κατανόηση της προέλευσης της πρωτεϊνοσύνθεσης είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της προέλευσης της ζωής», λέει ο Πάουνερ. «Η μελέτη μας αποτελεί ένα μεγάλο βήμα προς αυτόν τον στόχο, δείχνοντας πώς το RNA μπορεί να έλεγξε για πρώτη φορά την πρωτεϊνοσύνθεση».
Αναπαράσταση
Έχουν γίνει πολλές προσπάθειες για την αναπαράσταση της φυσικής συγχώνευσης αμινοξέων και RNA. Αυτή η διαδικασία απαιτεί έναν μεσολαβητή υψηλής ενέργειας και προηγούμενες μελέτες έχουν διαπιστώσει ότι ορισμένα μόρια υψηλής δραστικότητας δεν είναι κατάλληλα για αυτόν τον σκοπό, καθώς τείνουν να διασπώνται στο νερό με αποτέλεσμα τα αμινοξέα να αντιδρούν μεταξύ τους αντί για το RNA. Με επικεφαλής τη χημικό Τζιοτί Σινγκ του University College London, η ερευνητική ομάδα έλαβε τα ερεθίσματά της από τη βιολογία. Ως μεσολαβητή δοκίμασαν έναν θειοεστέρα, μια ένωση υψηλής ενέργειας, υψηλής δραστικότητας, που περιέχει άνθρακα, οξυγόνο, υδρογόνο και θείο – τέσσερα από τα έξι στοιχεία που θεωρούνται ζωτικής σημασίας για τη ζωή.
Οι θειοεστέρες είναι γνωστό ότι παίζουν βασικό ενδιάμεσο ρόλο σε ορισμένες βιολογικές διεργασίες και πιστεύεται ότι ήταν άφθονοι στην «αρχέγονη οργανική σούπα». Μερικοί επιστήμονες πιστεύουν ότι ο πολλαπλασιασμός τους προηγήθηκε του κόσμου του RNA, γνωστός ως υπόθεση του κόσμου των θειοεστέρων. Στην προσομοιωμένη οργανική σούπα τους οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι ο θειοεστέρας παρείχε την απαραίτητη εξωτερική ενέργεια για να επιτρέψει στο αμινοξύ να συνδεθεί με το RNA – μια αρκετά σημαντική ανακάλυψη που ενοποιεί άψογα τις δύο υποθέσεις.
«Η μελέτη μας ενώνει δύο εξέχουσες θεωρίες για την προέλευση της ζωής – τον “κόσμο του RNA”, όπου το αυτοαναπαραγόμενο RNA προτείνεται να είναι θεμελιώδες, και τον “κόσμο των θειοεστέρων”, στον οποίο οι θειοεστέρες θεωρούνται η πηγή ενέργειας για τις πρώτες μορφές ζωής», λέει ο Πάουνερ.
Για να είμαστε σαφείς, απέχουμε ακόμη πολύ από το να έχουμε μια λεπτομερή, ολοκληρωμένη κατανόηση της προέλευσης της ζωής. Η νέα έρευνα δείχνει ότι είναι πιθανό αυτά τα συστατικά να μπορούν να συνδυαστούν με έναν μεσολαβητή υψηλής ενέργειας. Το επόμενο βήμα είναι να δούμε αν το RNA θα συνδεθεί κατά προτίμηση με τα συγκεκριμένα αμινοξέα που θα διευκόλυναν την εμφάνιση του γενετικού κώδικα.
«Φανταστείτε την ημέρα που οι χημικοί θα μπορούσαν να πάρουν απλά, μικρά μόρια, που αποτελούνται από άτομα άνθρακα, αζώτου, υδρογόνου, οξυγόνου και θείου, και από αυτά τα κομμάτια Lego να σχηματίσουν μόρια ικανά για αυτοαναπαραγωγή. Αυτό θα ήταν ένα μνημειώδες βήμα προς την επίλυση του ζητήματος της προέλευσης της ζωής», λέει η Σινγκ.
«Η μελέτη μας μάς φέρνει πιο κοντά σε αυτόν τον στόχο, καταδεικνύοντας πώς δύο αρχέγονα χημικά κομμάτια Lego (ενεργοποιημένα αμινοξέα και RNA) θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει πεπτίδια, μικρές αλυσίδες αμινοξέων που είναι απαραίτητες για τη ζωή».
* Η έρευνα είναι της Μισέλ Σταρ και έχει δημοσιευτεί στο «Nature»
Εφημερίδα Απογευματινή
