DNA kan ha dykt upp på jorden tidigare än vad som hittills har antagits. LMU -kemister under ledning av Oliver Trapp visar att en enkel reaktionsväg kunde ha gett upphov till DNA -subenheter på den tidiga jorden.

Hur bildades livets byggstenar först på den tidiga jorden? Hittills, endast delvis tillfredsställande svar på denna fråga finns tillgängliga. Dock, en sak är klar:Den biologiska evolutionens process som har gett upphov till mångfalden av liv på vår planet måste ha föregåtts av en fas av kemisk utveckling. Under detta "prebiotiska" skede, de första polymermolekylerna som kunde lagra information och reproducera sig själva samlades slumpmässigt från organiska prekursorer som var tillgängliga på den tidiga jorden. De mest effektiva replikatorerna utvecklades därefter till de makromolekylära informationsnukleinsyrorna - DNA och RNA - som blev grunden för alla former av liv på vår planet.

I miljarder år, DNA har varit den främsta bäraren av ärftlig information i biologiska organismer. DNA -strängar består av fyra typer av kemiska subenheter, och den genetiska information som den innehåller kodas i den linjära sekvensen för dessa "nukleosider". Dessutom, de fyra underenheterna består av två komplementära par. Interaktioner mellan två strängar med komplementära sekvenser är ansvariga för bildandet av den berömda dubbelhelixen, och spelar en avgörande roll för DNA -replikering. RNA har också vitala funktioner vid replikering av DNA och i translationen av nukleotidsekvenser till proteiner.

Vilken av dessa två typer av nukleinsyra kom först? Det enhälliga svaret på den frågan hittills var RNA. Troliga modeller som förklarar hur RNA -molekyler kunde ha syntetiserats från prekursorföreningar i prebiotiska miljöer föreslogs först för decennier sedan, och har sedan dess fått betydande experimentellt stöd. Dessutom, dess konformationella mångsidighet gör att RNA både kan lagra information och fungera som en katalysator. Dessa insikter har lett till idén om en 'RNA -värld' som föregick uppkomsten av DNA, som nu är väl etablerad bland specialister. Hur syntetiserades då de första DNA -underenheterna? Den allmänt accepterade uppfattningen är att denna process katalyserades av ett enzym - en jämförelsevis komplex biomolekyl vars uppkomst skulle ha krävt miljoner år av utveckling.

Men nu har ett team av kemister under ledning av LMU:s professor Oliver Trapp föreslagit en mycket mer direkt mekanism för syntes av DNA -subenheter från organiska föreningar som skulle ha funnits i en prebiotisk miljö. "Reaktionsvägen är relativt enkel, "säger Trapp, vilket tyder på att det mycket väl kunde ha förverkligats i en prebiotisk miljö. Till exempel, det kräver inte variationer i reaktionsparametrar, såsom temperatur. I Trapps experiment, de nödvändiga ingredienserna är vatten, ett svagt alkaliskt pH och temperaturer mellan 40 och 70 ° C. Under sådana förhållanden, tillräckligt höga reaktionshastigheter och produktutbyte uppnås, med hög selektivitet och korrekt stereokemi.

Var och en av de nukleosidunderenheter som finns i DNA består av en kvävehaltig bas och ett socker som kallas deoxiribos. Tills nu, man trodde att deoxynukleosider endast kunde syntetiseras under prebiotiska förhållanden genom att direkt koppla samman dessa två - förformade - komponenter. Men någon trolig icke-enzymatisk mekanism för ett sådant steg hade någonsin föreslagits. Det väsentliga med den nya vägen, som Trapp förklarar, är att sockret inte är kopplat till basen i ett enda steg. Istället, den byggs upp på den förformade basen genom en kort sekvens av reaktionssteg som involverar enkla organiska molekyler såsom acetaldehyd och glyceraldehyd. Dessutom, LMU -forskarna har identifierat en andra familj av möjliga föregångare till DNA där deoxiribosdelen ersätts av ett annat socker.

Enligt författarna till studien, dessa resultat tyder på att de tidigaste DNA -molekylerna kunde ha dykt upp parallellt med RNA - för cirka 4 miljarder år sedan. Detta skulle innebära att DNA -molekyler växte fram cirka 400 miljoner år tidigare än man tidigare trott.