Et av de viktigste vitenskapelige problemene som forskere over hele verden jobber med, er opprinnelsen til livet på jorden. I løpet av de siste tiårene er mange suksesser oppnådd på dette området, for eksempel har RNA-verdenen blitt utviklet. Det er imidlertid fortsatt ukjent hvordan nøyaktig molekylene som fungerte som de første "byggesteinene" i livet oppsto. Tidsskriftet Science publiserte en artikkel som svarer kanskje på det viktigste spørsmålet: hvor kom nukleotidene som utgjør RNA fra? "Lenta.ru" avslører detaljene i studien og snakker om dens betydning.
I følge moderne vitenskapelige konsepter, stammet livet fra organiske forbindelser som reagerte med hverandre for å lage viktige molekyler - nukleosider. Det er kjent at nukleosidet er dannet av sukkerribosen eller deoksyribosen og en av fem nitrogenholdige baser: adenin, guanin, timin, cytosin eller uracil. Nukleosider er forløpere til nukleotider, hvorav igjen DNA og RNA er sammensatt. For at et nukleosid skal bli et nukleotid, er det nødvendig med en ekstra komponent - rester av fosforsyre.
Hvorfor kommer nukleosider frem? Dette spørsmålet blir besvart av et vitenskapelig begrep kjent som hypotesen om RNA-verdenen, som mener at det var RNA som sto ved livets opprinnelse. Molekylene av ribonukleinsyrer var de første som utførte katalysen av kjemiske reaksjoner i den primære buljongen, lærte seg å kopiere seg selv og hverandre og, viktigst, bære arvelig informasjon. Disse RNAene kalles ribozymes. Hvis noe RNA-molekyl hadde evnen til å syntetisere sine egne kopier, ble denne egenskapen gitt fra generasjon til generasjon. Noen ganger ble kopiering ledsaget av feil, som et resultat av at nye RNA fikk mutasjoner.
Mutasjoner kan alvorlig skade de katalytiske egenskapene til molekyler, men de kan også endre RNA og gi det nye evner. For eksempel har forskere funnet ut at noen mutasjoner fremskynder selvkopieringsprosessen, og de endrede ribozymene etter en stund begynner å dominere over de "normale". Molekylære biologer ledet av Brian Pegel fra Scripps Research Institute i California har observert hvordan den enzymatiske aktiviteten til ribozymer økte 90 ganger i løpet av en tredagers evolusjon i et laboratorium. Selv om ribozymene i utgangspunktet ikke var veldig aktive, kan molekylær evolusjon derfor gjøre dem til ideelle katalytiske maskiner.
Likevel inngår hypotesen om RNA-verdenen i en rekke vanskeligheter. For eksempel er det ikke kjent hvordan de abiogene, det vil si uten deltagelse av levende organismer, kunne syntese av de første ribozymene. Mens mange argumenter er funnet til fordel for RNA-verdenen, er nøkkelspørsmålet - hvordan det ble til - fortsatt en snublestein.
Noen forskere antyder at de kjemiske forbindelsene som nukleosider ble dannet fra ikke kunne oppstå under jordforhold, men ble brakt til planeten fra verdensrommet. Det er imidlertid verdt å merke seg at problemet er assosiert med purinnukleosider - henholdsvis adenosin og guanosin, som inneholder adenin og guanin. For pyrimidinmolekyler som inneholder cytosin, timin eller uracil, er synteseveier kjent som godt kunne eksistere ved livets opprinnelse. Domino-lignende kjemiske reaksjoner fører til dannelse av store mengder av de nødvendige pyrimidiner.
Salgsfremmende video:
Forskere har foreslått en mulig vei for dannelse av purinnukleosider, men det kan føre til utseendet til mange andre forbindelser, der de nødvendige nukleosidene bare vil være en liten fraksjon. Bare børsting av puriner vil ikke fungere, siden de ikke bare er integrerte komponenter av RNA og DNA, men også danner adenosintrifosfat (ATP), som er involvert i metabolismen av energi og stoffer i kroppen, og guanosin trifosfat, som fungerer som en energikilde for proteinsyntese.
En enkel måte å danne et nukleosid som adenosin er å kombinere adenin med ribose i nærvær av NH4OH. Ribose fester seg til et av adenin-nitrogenatomer, bare det har flere, og bare nitrogen i niende stilling skal delta i syntesen av adenosin. I tillegg viser det seg at dette nitrogenatomet ikke er veldig reaktivt. Dette betyr at hvis hypotesen om RNA-verdenen er riktig (noe som er mer enn sannsynlig), må det være en annen måte å syntetisere adenosin og guanosin i den primære buljongen.
I en ny studie har forskere foreslått en annen vei for syntese av purinnukleosider som løser problemet og styrker posisjonen til konseptet for RNA-verdenen. Det hele starter med aminopyrimidinmolekyler, som lett blir dannet av en forbindelse så enkel som NH4CN. Dette skjer gjennom dannelse av guanidin, det reagerer deretter med aminomalonitril, noe som resulterer i dannelsen av et tetraaminopyrimidinmolekyl. Den oksiderer lett i et oksygenholdig miljø, men forblir stabilt i den oksygenfrie atmosfæren som var karakteristisk for jorden før fødselen av liv. I tillegg til tetraaminopyrimidin, kan andre lignende molekyler dannes: triaminopyrimidinon og triaminopyrimidin. Alle disse forbindelsene er lettoppløselige i vann.
Viktigst er det at bare et visst nitrogenatom er reaktivt for alle tre aminopyrimidinene, og dette løser problemet med å delta i reaksjonen fra andre atomer, som er karakteristisk for adenin. Det forsurede miljøet fører til at nitrogenatomer i ringen fester protoner og blokkerer alle eksterne aminogrupper, bortsett fra en som ligger i femte stilling. Når en blanding av aminopyrimidiner og maursyre varmes opp, dannes bare en mulig forbindelse - formamidopyrimidin. Reaksjonsutbyttet er 70 til 90 prosent.
Til tross for likheten med puriner er Formamidopyrimidine blottet for ulempene. Nitrogenatomet i niende stilling, som det viste seg, er det mest reaktive, og reaksjonen med ribose i et alkalisk medium fører alltid til det samme resultatet: syntese av karbonskjelett for purinukleosider. Interessant er at formamidopyrimidin er aktivt involvert i dannelsen av ribose fra glykolaldehyd og glyseraldehyd, noe som letter syntese av nukleosider i et ammoniakkmiljø. Generelt har forskere lyktes i å oppdage en vei for dannelse av nukleotidforløpere fra de enkleste ammoniakkderivater. Slike derivater ble nylig funnet på Churyumov-Gerasimenko-kometen, som bekrefter synspunktet om kometenes aktive deltakelse i å forsyne jorden med alt som er nødvendig for livets oppkomst.
Imidlertid reiser kjemisk utvikling mange flere spørsmål, og å svare på dem vil kreve innsats fra forskere over hele verden. Et fullstendig bilde av abiogenese skal beskrive ikke bare fremveksten av nukleotider og andre organiske molekyler uten deltagelse av levende organismer, men også deres interaksjon i forholdene til den tidlige Jorden, samspillet som førte til dannelsen av de første cellene.
Alexander Enikeev
