Η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ “ΑΡΧΕΓΟΝΗ ΣΟΥΠΑ” ΑΦΟΡΑ ΒΑΣΕΙΣ RNA

Posted: 18 Oct 2019 09:00 AM PDT

Το χημικό κατόρθωμα που ενισχύει τη θεωρία ότι η πρώτη ζωή στη Γη βασίστηκε στο RNA.

Davide Castelvecchi

Εάν ο Thomas Carell έχει δίκιο, περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ένα μεγάλο μέρος της Γης μπορεί να είχε καλυφθεί με ένα γκριζωπό καφέ είδος ορυκτών. Αυτό όμως δεν ήταν ένας συνηθισμένος βράχος: αποτελούνταν από κρυστάλλους των οργανικών μορίων που οι επιστήμονες καλούν σήμερα Α, U, C και G. Και μερικά  από αυτά, η θεωρία συνεχίζει, θα χρησίμευαν αργότερα ως δομικά στοιχεία του RNA, του εξελικτικού κινητήρα των πρώτων ζωντανών οργανισμών, πριν υπάρξει το DNA.

Ο Carell, ένας χημικός επιστήμονας, και οι συνεργάτες του έχουν πλέον υποδείξει ένα χημικό μονοπάτι το οποίο – κατ ‘αρχήν – θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει τις Α, U, C και G (αδενίνη, ουρακίλη, κυτοσίνη και γουανίνη αντίστοιχα) από βασικά συστατικά όπως νερό και άζωτο κάτω από συνθήκες που θα ήταν πιθανό να υπήρχαν στην πρώιμη Γη. Οι αντιδράσεις αυτές θα παρήγαγαν τόσο πολλές από αυτές τις νουκλεοτιδικές βάσεις που, μετά από χιλιετίες, θα μπορούσαν να είχαν συσσωρευτεί σε “χοντρές κρούστες”, υποστηρίζει ο Carell. Η ομάδα του περιγράφει τα αποτελέσματα στο Science .

Τα αποτελέσματα προσθέτουν αξιόπιστα στοιχεία στη θεωρία του «RNA world», ισχυρίζεται ο Carell, που εργάζεται στο Ludwig Maximilian University του Μονάχου στη Γερμανία. Αυτή η θεωρία υποστηρίζει ότι η ζωή προήλθε από αυτοαντιγραφόμενα γονίδια που βασίζονται στο RNA και ότι μόνο αργότερα οι οργανισμοί μπόρεσαν να αναπτύξουν την ικανότητα αποθήκευσης γενετικών πληροφοριών στον στενό συγγενή αυτού του μορίου, το DNA. Η χημεία πίσω από αυτό το γεγονός είναι επίσης μια “ισχυρή ένδειξη” ότι η εμφάνιση της ζωής που βασίστηκε στο RNA δεν ήταν ένα υπερβολικά τυχερό γεγονός, αλλά αυτό που πιθανότατα συμβαίνει σε πολλούς άλλους πλανήτες, προσθέτει.

Σε προηγούμενες εργασίες της το 2016, η ομάδα του Carell είχε βρει χημικές αντιδράσεις που έδωσαν αυθόρμητα τις νουκλεοτιδικές βάσεις Α και G. Μια άλλη ομάδα είχε κάνει μια παρόμοια απόδειξη αυτής της αρχής για τις άλλες δύο, U και C το 2009. Αλλά τα δύο μονοπάτια φαίνονταν ασύμβατα μεταξύ τους, απαιτώντας διαφορετικές συνθήκες, όπως διαφορετικές θερμοκρασίες και ρΗ.

Τώρα, η ομάδα του Carell έχει δείξει πώς μπορούν να σχηματιστούν όλες οι νουκλεοτιδικές βάσεις κάτω από ένα σύνολο συνθηκών: δύο ξεχωριστές λίμνες που περνούν από την εναλλαγή των εποχών, αλλάζουν από υγρό σε ξηρό, από ζεστό σε κρύο και από όξινο σε βασικό περιβάλλον και με χημικά στοιχεία που περιστασιακά ρέουν από τη μια λιμνη στην άλλη. Οι ερευνητές άφησαν πρώτα τα απλά μόρια να αντιδράσουν στο ζεστό νερό και στη συνέχεια άφησαν το προκύπτον μίγμα να κρυώσει και να στεγνώσει σχηματίζοντας ένα υπόλειμμα στον πυθμένα που αποτελούνταν από κρυστάλλους δύο οργανικών ενώσεων.

Στη συνέχεια, πρόσθεταν ξανά νερό και μία από τις ενώσεις διαλυόταν και καθαριζόταν μέσα σε μια άλλη δεξαμενή. Η απουσία αυτού του υδατοδιαλυτού μορίου επέτρεψε στην άλλη ένωση να υποβληθεί σε περαιτέρω αντιδράσεις. Στη συνέχεια οι ερευνητές ανάμιξαν ξανά τα προϊόντα και οι αντιδράσεις τους σχημάτισαν τις νουκλεοτιδικές βάσεις.

“Αυτή η μελέτη έχει επιδείξει θαυμάσια τη χημεία που χρειάζεται έτσι ώστε να μπορούν να σχηματιστούν όλα τα RNA νουκλεοσίδια”, αναφέρει ο Ramanarayanan Krishnamurthy, χημικός της Scripps Research στο La Jolla, Καλιφόρνια. Αλλά και αυτός και άλλοι ερευνητές συχνά προειδοποιούν ότι αυτό και παρόμοια αποτελέσματα βασίζονται σε εκ των υστέρων γνώσεις και μπορεί να μην προσφέρουν αξιόπιστη καθοδήγηση ως προς τον τρόπο που η ζωή εξελίχθηκε.

Το επόμενο μείζον πρόβλημα που θέλει να αντιμετωπίσει ο Carell είναι τί αντιδράσεις θα μπορούσαν να σχηματίσουν το σάκχαρο ριβόζης, το οποίο χρειάζεται ώστε να ενωθεί με τις νουκλεοτιδικές βάσεις πριν σχηματιστεί το RNA.

References

1.       1. Becker, S. et al. Science 366, 76–82 (2019).

1.       2.Becker, S. et al. Science 352, 833–836 (2016).

2.       3.Powner, M. W., Gerland, B. & Sutherland, J. D. Nature 459, 239–242 (2009).

source : ΕΝΗΜΕΡΩΤΙΚΟ ΔΕΛΤΙΟ ΜΙΚΡΟΒΙΟΛΟΓΙΚΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΝΝΘΑ “Η ΣΩΤΗΡΙΑ”.