'Na več vprašanj o izvoru življenja je bilo odgovorjenih, vendar je treba še veliko preučiti,' sta dejala Stanley Miller in Harold Urey davnega leta 1959, potem ko sta poročala o laboratorijski sintezi aminokislin v primitivnih zemeljskih razmerah. Veliko napredka nižje, vendar se znanstveniki že dolgo ubadajo s temeljnim vprašanjem – kateri genetski material je bil prvi oblikovan na primitivni zemlji, DNA or RNA, ali malo obojega? Zdaj obstajajo dokazi, ki to kažejo DNA in RNA oba sta morda soobstajala v prvobitni juhi, od koder so se življenjske oblike morda razvile z ustreznim genetskim materialom.
Osrednja dogma molekularne biologije pravi, da DNA znamke RNA znamke beljakovin. Beljakovine so odgovorni za večino, če ne za vse reakcije, ki potekajo v organizmu. Celotna funkcionalnost organizma je v veliki meri odvisna od njihove prisotnosti in medsebojnega delovanja beljakovine molekule. Po osrednji dogmi, beljakovin nastanejo na podlagi informacij, ki jih vsebuje DNA ki se pretvori v funkcionalno beljakovine prek prenašalca sporočil, imenovanega RNA. Vendar pa je možno, da beljakovin sami lahko preživijo neodvisno brez kakršnih koli DNA or RNA, kot je to v primeru prionov (napačno zvitih beljakovine molekule, ki ne vsebujejo DNA or RNA), vendar lahko preživijo sami.
Tako so lahko trije scenariji za nastanek življenja.
A) Če beljakovin ali njeni gradniki so lahko nastali abiotično v atmosferi, ki je obstajala pred milijardami let v prvobitni juhi, beljakovin lahko označimo kot osnovo izvor življenja. Eksperimentalni dokazi v njegovo korist izvirajo iz znamenitega eksperimenta Stanleyja Millerja1, 2, ki je pokazal, da ko zmes metana, amoniaka, vode in vodika zmešamo in krožijo mimo električnega razelektritve, nastane zmes aminokislin. To se je ponovno potrdilo sedem let pozneje3 leta 1959 Stanley Miller in Harold Urey sta izjavila, da je prisotnost reducirajoče atmosfere v prazemlji povzročila sintezo organsko spojin v prisotnosti zgoraj omenjenih plinov ter manjših količin ogljikovega monoksida in ogljikovega dioksida. O pomembnosti Miller-Ureyjevih poskusov je znanstvena bratovščina vrsto let dvomila, saj je menila, da je mešanica plinov, uporabljena v njihovih raziskavah, preveč redukcijska glede na razmere, ki so obstajale na prvobitni Zemlji. Številne teorije so kazale na nevtralno atmosfero, ki vsebuje presežek CO2 z N2 in vodno paro.4. Vendar pa je bila nevtralna atmosfera opredeljena tudi kot verjetno okolje za sintezo aminokislin5. Poleg tega za beljakovin da delujejo kot izvor življenja, se morajo samopodvajati, kar vodi v kombinacijo različnih beljakovin da poskrbi za različne reakcije, ki potekajo v organizmu.
B) Če je primordialna juha zagotavljala pogoje za gradnike DNA in / ali RNA da se oblikuje, potem je lahko kateri koli od teh genski material. Dosedanje raziskave so bile naklonjene RNA biti genetski material za izvor življenjskih oblik zaradi svoje zmožnosti zvijanja vase, obstoja kot ena sama veriga in delovanja kot encim6, sposobni narediti več RNA molekule. Številni samopodvajajoči se encimi RNA7 so odkrili v preteklih letih, kar nakazuje RNA biti začetni genski material. To je bilo dodatno okrepljeno z raziskavo, ki jo je izvedla skupina Johna Sutherlanda in ki je z vključitvijo fosfata v mešanico privedla do oblikovanja dveh baz RNA v okolju, podobnem prvotni juhi.8. Nastajanje gradnikov RNA je bilo prikazano tudi s simulacijo redukcijske atmosfere (ki vsebuje amoniak, ogljikov monoksid in vodo), podobno tisti, ki je bila uporabljena v Miller-Ureyjevem poskusu, in nato skozi njih prehajanje električnih razelektritev in laserjev velike moči.9. Če verjamemo, da je RNA začetnik, potem kdaj in kako DNA in nastanejo beljakovine? naredil DNA se kasneje zaradi nestabilne narave RNA razvijejo kot genetski material, temu pa sledijo tudi proteini. Odgovori na vsa ta vprašanja še vedno ostajajo neodgovorjeni.
C) Tretji scenarij, da lahko DNK in RNA soobstajata v prvinski juhi, ki je privedla do nastanka življenja, izhaja iz študij, objavljenih 3.rd junija 2020 skupina Johna Sutherlanda iz laboratorija MRC v Cambridgeu v Veliki Britaniji. Raziskovalci so simulirali pogoje, ki so obstajali na prvobitni Zemlji pred milijardami let, s plitvimi ribniki v laboratoriju. Najprej so raztopili kemikalije, ki nastanejo RNA v vodi, nato pa jih posušijo in segrejejo ter nato izpostavijo UV-sevanju, ki je simuliralo sončne žarke, ki so obstajali v prvobitnem času. To ni vodilo le do sinteze dveh gradnikov RNA ampak tudi od DNA, kar nakazuje, da sta obe nukleinski kislini soobstajali v času nastanka življenja10.
Na podlagi sodobnega znanja, ki je danes obstoječe in ki spoštuje osrednjo dogmo molekularne biologije, se zdi verjetno, da sta DNK in RNA soobstajala, kar je privedlo do nastanka življenja in tvorbe beljakovin je prišlo/pojavilo pozneje.
Vendar želi avtor špekulirati o drugem scenariju, kjer so vse tri pomembne biološke makromolekule, tj. DNK, RNA in beljakovine so obstajale skupaj v prvinski juhi. Neurejeni pogoji, ki so obstajali v prvinski juhi, vključno s kemično naravo zemeljske površine, vulkanskimi izbruhi in prisotnostjo plinov, kot so amoniak, metan, ogljikov monoksid, ogljikov dioksid, skupaj z vodo, so bili morda idealni za tvorbo vseh makromolekul. Namig na to je dala raziskava Ferus et al., kjer so bile nukleobaze nastale v isti redukcijski atmosferi9 uporabljen v Miller-Ureyjevem poskusu. Če verjamemo v to hipotezo, potem so med evolucijo različni organizmi sprejeli enega ali drugega genetskega materiala, ki je spodbujal njihov obstoj naprej.
Vendar, ko poskušamo razumeti izvor življenjskih oblik, je potrebno veliko nadaljnjih raziskav, da bi odgovorili na temeljna in ustrezna vprašanja o tem, kako je življenje nastalo in se širilo. To bi zahtevalo »izven okvirjev« pristop, ne da bi se zanašali na kakršne koli predsodke, ki jih v naše razmišljanje uvajajo sedanje dogme, ki jim sledijo v znanosti.
***
Reference:
1. Miller S., 1953. Proizvodnja aminokislin v možnih primitivnih zemeljskih pogojih. znanost. 15. maj 1953: letn. 117, številka 3046, str. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Prebiotična juha – ponovni ogled Millerjevega eksperimenta. Znanost 02. maj 2003: letn. 300, številka 5620, str. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL in Urey HC, 1959. Sinteza organskih spojin na primitivni Zemlji. Znanost 31. jul 1959: letn. 130, številka 3370, str. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Sestava atmosfere in podnebje na zgodnji Zemlji. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Objavljeno: 07. september 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Ponovna ocena prebiotične organske sinteze v nevtralnih planetarnih atmosferah. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Vmesna sekvenca RNA Tetrahymena je encim. Znanost 31. januar 1986: Vol. 231, številka 4737, str. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Ribozimsko katalizirana transkripcija aktivnega ribozima. Znanost 08. apr.: Zv. 332, številka 6026, str. 209–212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sinteza aktiviranih pirimidin ribonukleotidov v prebiotično verjetnih pogojih. Narava 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formation of nucleobas in a Miller-Urey reduccijske atmosfere. PNAS 25. april 2017 114 (17) 4306-4311; prvič objavljeno 10. aprila 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Selektivna prebiotična tvorba RNA pirimidina in DNA purinski nukleozidi. Narava 582, 60–66 (2020). Objavljeno: 03. junij 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
