Chybějící odkazy v prašných kalužích?

Words at War: Soldier To Civilian / My Country: A Poem of America (Červenec 2019).

Anonim

Tyglíky, které zanechaly brzy stavební kameny života, mohly být v mnoha případech skromné ​​kaluže.

Nyní vědci, kteří pracují s touto hypotézou, dosáhli významného pokroku k pochopení evoluční tajemství - jak se komponenty RNA a DNA vytvořily z chemických látek přítomných na časné Zemi předtím, než existoval život.

V překvapivě jednoduchých laboratorních reakcích ve vodě, za každodenních podmínek, produkovali to, co by mohlo být dobrými kandidáty na chybějící odkazy na cestě ke kodexu života.

A když se tyto komponenty spojily, výsledek vypadal dokonce jako RNA.

Jak postupuje výzkumná práce, mohlo by to odhalit, že velká část původní chemie, která vedla k životu, nevznikla v ohnivých kataklyzmech a v omezených množstvích, ale hojně a postupně na tichých, dunivých plochách nebo na jezerních skalách lapených vlnami.

Na druhé straně by jejich práce mohla zvýšit naše chápání pravděpodobnosti existence života jinde ve vesmíru.

Výzkum NSF / Centrum NASA pro chemickou evoluci se sídlem v Technologickém technologickém institutu v Gruzii je velkoryse financován grantem od National Science Foundation a NASA. Nedávné výsledky byly zveřejněny 25. dubna 2016 v Nature Communications.

Sledujíc původy specificky RNA, blízkého chemického příbuzného DNA, výzkumný tým vedený Nicholasem Hudem, profesorem na Fakultě chemie a biochemie na Technologickém technologickém institutu v Georgii a ředitelem CCE, pracoval s dvojicí možných chemických látek předků nukleobáz RNA.

Zhruba půl století vědci předpokládali, že život, který používá DNA k ukládání genetických informací, předcházely životní formy, které používaly RNA velmi široce. A RNA může mít prekurzor, proto-RNA, s různými, ale podobnými nukleotidy ("N" v RNA).

"Časná Země byla špinavá laboratoř, kde se pravděpodobně vyráběly mnohé molekuly, jako jsou ty potřebné pro život. Někteří přežili a prosperovali, zatímco jiní nakonec zmizeli, " řekl Hud. "To platí i pro předkové RNA."

Použitím dvou molekul známých jako kyselina barbiturová a melaminu vědci vytvořili proto-nukleotidy, které tak silně připomínají dva nukleotidy RNA, že je lákavé spekulovat, že jsou skutečně jejich předky.

Dvě přísady by byly snadno hojné pro reakce na prebiotické Zemi, řekl Hud. "A byly by vhodné pro primitivní kódování informací, " dodal.

Vzhledem k podobám a vlastnostem někteří vědci již spekulovali o rodové roli melaminu a kyseliny barbiturové.

Vědci CCE však dbá na to, aby se k tomuto závěru dosud nedostali.

"Chcete-li nárokovat rodový původ, museli bychom ukázat mechanismus, kterým by se tyto nukleotidy, které jsme v laboratoři dělali, mohly proměnit v existující nukleotidy v RNA, " řekl Ram Krishnamurthy, spolupracovník Huda z Výzkumného ústavu Scripps v La Jolla, Kalifornie. "Je to složitá cesta, kterou budeme muset alespoň navrhnout na papíře, a nejsme tam."

Nicméně o výsledcích vystoupil. "Existuje neuvěřitelných možností, jak by se tento mechanismus mohl stát. Kyselina barbiturová a melamin mohou být držiteli míst, které upustily a nechaly adenin a uracil společně s ribózou."

Zjistit, jak adenin a uracil (nukleobasy nalezené v RNA dnes) v kombinaci s cukrovou ribózou (odpovídající "R" v RNA) mohou odpovědět na jednu z velkých otázek chemické evoluce.

Tvorba nukleotidů z možných proto-nukleobáz a ribózy představuje významný pokrok ve výzkumu původu života.

Nucleobases byly kombinovány s jinými cukry v minulých studiích, ale účinnost reakcí objevených v této studii je mnohem větší než u těch minulých.

"Přibližujeme se k molekulám, které vypadají tak, jak vypadá život v raných fázích, " řekl Krishnamurthy.

K vědeckému významu reakcí se přidala řada překvapení.

Nejdříve se objevily rychle a výsledné nukleotidy spontánně spárovaly navzájem ve vodě a vytvářely vodíkové vazby jako páry Watson-Crick, které vytvářejí vzorek "žebříku" uvnitř RNA a helixů DNA.

Pak monomery tvořily dlouhé, supramolekulární seskupení, které vypadaly jako prameny RNA při pohledu na mikroskop s vysokým rozlišením.

Dosud nebyla zaznamenána žádná chemická reakce, která by produkovala stávající složky RNA za obvyklých okolností, které spontánně vytvářejí páry Crick-Watsona ve vodě.

A až doposud nebyla zaznamenána žádná podobná dvojice nukleotidů, jako jsou ty, které se produkují s kyselinou barbiturovou a melaminem, chovají se podobným způsobem a dělají to další.

"Pracuje ještě lépe, než jsme si mysleli, " řekl Hud. "Je to skoro příliš snadné."

Byla tam jedna malá námitka.

"Reakce nefunguje tak dobře, jestliže se kyselina barbiturová a melamin nacházejí ve stejném roztoku předtím, než reagují s ribózou, protože jejich silná přitažlivost pro sebe může způsobit, že se vysychají, " řekl Hud. Takže vědci dokončili reakci zahrnující kyselinu barbiturovou odděleně od reakce zahrnující melamin.

Ale to by se nemělo ukázat jako prohibitivní na prebiotické Zemi. Kyselina barbiturová a melaminové nukleotidy by se mohly vytvořit na oddělených místech, dokonce i ve stejném rybníku. A mohly být velmi dobře hojné.

"Tyto reakce jsou mimořádně produktivní, zvláště pokud je porovnáváte s analogickými reakcemi s existujícími komponentami RNA, které nevytváří žádné nukleotidy za stejných podmínek, " řekl Hud.

Pokud by melamin a kyselina barbiturová vytvořily své příslušné nukleotidy (C-BMP pro kyselinu barbiturovou a MMP pro melamin) v odlučných kalužích na rané Zemi, pak by déšť mohl snadno vymýtit součásti dohromady, kde by se rychle shromáždili do toho, co mohlo být prekurzor pro proto-RNA.

"Otázka zní: Mohou tyto samosprávy uskutečnit přechod na to, co dnes dělá život, " řekl Krishnamurthy.

Vědci doufají, že jejich práce pomůže rozšířit přístup vědecké komunity k chemické evoluci.

"Pokud se chcete podívat na to, co přineslo tyto vlastnosti života, musíte se vrátit a vzít v úvahu všechny další molekuly, které by byly přítomny, a uvidíte, jak by tyto molekuly, které jsou dnes přítomné, usnadnily, " řekl Krishnamurthy.

Jejich práce by také mohla sloužit jako základ pro důležité praktické aplikace, jako je vytvoření DNA nebo polymerů podobné RNA, které by mohly způsobit produkci pokročilých materiálů a terapeutických látek.

Chemické reakce, které produkují kyselinu barbiturovou a melaminové nukleotidy, nevyžadují použití enzymů a extrémních parametrů, jako je vysoká teplota a tlak. Připomínající chemii klepnutí, mohou přispět k bezpečnému, nákladově efektivnímu a hojnému průmyslovému průmyslu.

menu
menu