Pred miliardami rokov sa molekuly na neživej a búrlivej Zemi zmiešali a vytvorili prvé formy života. O niekoľko rokov neskôr sa väčšia, múdrejší forma života skrýva nad laboratórnymi experimentmi, ktoré sa snažia porozumieť svojim začiatkom.
Zatiaľ čo niektorí hovoria, že život sa vynoril z jednoduchých reťazcov molekúl, iní tvrdia, že včasné chemické reakcie vytvorili samoreplikujúcu sa RNA. Príbuzný DNA, RNA pôsobí ako dekodér alebo posol genetickej informácie.
Nová štúdia poskytuje dôkaz pre myšlienku RNA, ktorá je známa ako „hypotéza RNA o svete“. Ale aspoň jedna zložka v ranej RNA sa môže líšiť od toho, čo sa našlo v modernej forme, skupina vedcov informovala 3. decembra v časopise Progress of the National Academy of Sciences.
Moderná RNA, spolu s jej kostrou cukru a fosfátov, sa skladá zo štyroch hlavných stavebných blokov: nukleobáz nazývaných adenín (A), cytozín (C), guanín (G) a uracil (U).
Ukazuje sa však, že skorá RNA mohla mať jednu nukleobázu, ktorá nie je súčasťou modernej formy.
Do malých plastových skúmaviek vedci vložili vodu, trochu soli, tlmivý roztok, aby udržali pH zásadité a ióny horčíka na urýchlenie reakcií. Tieto podmienky sú podobné tým, ktoré sa nachádzajú v sladkovodnom jazere alebo rybníku, kráterovom jazere alebo druhu jazera alebo bazéna nájdeného v sopečných oblastiach, ako je napríklad národný park Yellowstone - na všetkých miestach, kde by sa mohol začať život.
Vedci potom pridali malý kúsok RNA nazývaný primer naviazaný na dlhší kúsok RNA nazývaný templát. Nová RNA sa vytvára, keď primer kopíruje templátovú RNA prostredníctvom párovania báz. Nukleobázy sa navzájom jednoznačne spájajú; C sa viaže iba s G a A sa viaže iba s U.
Vedci pridali nukleobázy (A, C, G a U), aby sa mohli viazať na templát a tým predlžovať kratšiu časť, primér. Výsledky ukázali, že pri zložkách modernej RNA reakcia nepracovala dostatočne rýchlo na to, aby sa RNA mohla tvoriť a replikovať bez chýb.
Vedci však do zmesi namiesto molekuly na báze guanínu pridali ďalšiu chemickú látku, nazývanú inozín. Potom boli vedci prekvapení, keď zistili, že RNA sa môže vytvárať a replikovať trochu presnejšie ako v zmesi s guanínom.
Táto kombinácia nespôsobila to, čo sa nazýva „katastrofická chyba“, čo znamená, že mutácie alebo náhodné chyby v replikáciách zostali pod hranicou, čo zaisťuje, že sa dajú pred akumuláciou vylúčiť.
„Skutočnosť, že prekonáva problém s katastrofickou chybou, je dôležitým testom významnosti,“ uviedol David Deamer, biológ na Kalifornskej univerzite v Santa Cruz, ktorý sa na štúdii nezúčastnil. Jeho jediným dohadom je tvrdenie, že inozín je pri výrobe primitívnej RNA pravdepodobnejší ako iné alternatívne bázy, uviedol Deamer. Zatiaľ si nemyslí, že by sa mali vylúčiť ďalšie bázy, pretože „je to dosť široký nárok… založený na vysoko špecifickej chemickej reakcii,“ povedal Deamer pre Live Science.
Ale pretože inozín môže byť ľahko odvodený z iného bázového páru, adenínu, uľahčuje to proces pôvodného života, ako keby ste museli urobiť guanín od nuly, povedal John Sutherland, výskumník chemického pôvodu molekulárnej biológie v MRC Laboratórium molekulárnej biológie vo Veľkej Británii, ktoré nebolo súčasťou štúdie.
Zistenia porušujú „konvenčnú múdrosť, ktorú inozín nemohol byť užitočný,“ povedal Sutherland pre Live Science. Inosín si získal túto povesť, pretože funguje veľmi špecificky vo forme RNA nazývanej transferová RNA, ktorá dekóduje genetické informácie.
Iozín sa považoval za „zvlnený“ alebo sa viažu na rôzne páry báz, a nie na jediný. To by z nej urobilo zlú molekulu, ktorá by poskytla jedinečné pokyny na vytvorenie novej RNA, pretože by neexistoval jasný smer, s čím by sa inozín mohol viazať. A tak „mnohí z nás nesprávne mysleli, že je to vlastnosť inozínu,“ povedal Sutherland. Táto štúdia však ukázala, že inozín, v počiatočnom svete, v ktorom sa RNA prvýkrát objavila, sa nehýba, ale namiesto toho sa spoľahlivo páruje s cytozínom.
„Teraz to všetko dáva zmysel, ale na základe starších výsledkov sme neočakávali, že inozín bude fungovať tak dobre, ako to bolo,“ uviedol vedúci štúdie Jack Szostak, profesor chémie a chemickej biológie na Harvardskej univerzite, ktorý je tiež laureát Nobelovej ceny.
Szostak a jeho tím sa teraz snažia zistiť, ako inak by sa táto primitívna RNA mohla líšiť od modernej RNA - a ako sa nakoniec zmenila na modernú RNA. Väčšina ich laboratórií sa tiež zameriava na to, ako sa molekuly RNA replikovali skôr, ako sa vyvinuli enzýmy. (Enzýmy sú proteíny, ktoré urýchľujú chemické reakcie.)
„Je to veľká výzva,“ povedal Szostak Live Science. „Urobili sme veľa pokroku, ale stále existujú nevyriešené hádanky.“
Sutherland tiež poznamenal, že pole sa vo všeobecnosti posúva z čistej „hypotézy RNA sveta“ do oblasti, ktorá vidí viac zložiek zmiešaných do kotla, ktorý vytvoril život. Patria sem lipidy, peptidy, proteíny a zdroje energie. Dodal, že v mysliach vedcov „je to menej puristický RNA svet, ako tomu bolo predtým.“
