RNA var förmodligen den första informationsmolekylen. Nu, kemister från Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) i München har visat att växling mellan våta och torra förhållanden kunde ha räckt för att driva den prebiotiska syntesen av de RNA-nukleosider som finns i livets alla områden.

Hur kan de kemiska strukturerna som tillhandahåller de grundläggande subenheterna i RNA och DNA ha bildats av enklare utgångsmaterial för cirka 4 miljarder år sedan? Under vilka förhållanden kunde dessa byggstenar sedan ha kopplats till långa kedjor som kodar information och spridit den genom självreproduktion? Många möjliga scenarier har föreslagits för fasen av kemisk utveckling som föregick uppkomsten av de första biologiska cellerna. Nu, forskare under ledning av LMU-kemisten professor Thomas Carell har utökat dessa modeller genom att visa en rimlig väg för den prebiotiska syntesen av de nukleosider som utgör RNA:s informationskomponenter.

Specifikt, Carell och hans kollegor har visat att nukleosider kan bildas i en kontinuerlig process genom att utsätta enkla kemikalier för de typer av fluktuerande fysiska förhållanden som skulle ha rådit i geotermiskt aktiva områden som kännetecknas av vulkanisk aktivitet på den tidiga jorden. De börjar med en blandning av myrsyra, ättiksyra, natriumnitrit och några kvävehaltiga föreningar, som alla tidigare har visat sig bildas från ännu enklare prekursorer under prebiotiska förhållanden. Reaktionsblandningen innehöll också nickel och järn, som finns i stora mängder i jordskorpan. Drivkraften för de kemiska reaktionerna tillhandahålls av fluktuationer i temperatur och pH, tillsammans med våta/torra cykler, sådana som förekommer i närheten av periodiskt aktiva varma källor eller i starkt säsongsbetonade klimat med omväxlande perioder av nederbörd och avdunstning.

Kärnan i processen är en serie reaktioner som ger upphov till föreningar som kallas formamidopyrimidiner, som i sin tur kan omvandlas till de kanoniska puriner (adenosin och guanosin) som finns i RNA. I en tidning som publicerades förra året, Carell och hans team beskrev först denna FaPy-väg som ett möjligt kemiskt scenario för prebiotisk syntes av nukleosider. "Vid den här tiden, vi började inte bara med enklare prekursorföreningar, men valde förhållanden som skulle förväntas råda i en rimlig geologisk miljö, såsom hydrotermiska källor på land, "förklarar Sidney Becker, en doktorsexamen student i Carells grupp och första författare till studien. Tidningen har nu dykt upp i Naturkommunikation .

De kanoniska purinnukleosiderna som finns i RNA syntetiserades i de nya experimenten, tillsammans med en hel rad närbesläktade molekyler. Ännu mer slående, alla de observerade modifieringarna är kända för att förekomma i RNA på alla tre livsområden - eukaryota (djur och växter), bakterier och arkéer — och är därför väsentliga komponenter i funktionella genetiska system. Därav, de var troligen redan närvarande i den sista gemensamma förfadern till alla livsformer. Detta tyder på att dessa föreningar måste ha varit tillgängliga på jorden när den biologiska utvecklingen började. Verkligen, författarna till den nya studien tyder på att de icke-kanoniska nukleosiderna kunde ha spelat en avgörande roll i fasen av kemisk utveckling som föregick framväxten av RNA-världen, en term som hänvisar till en hypotetisk period under vilken RNA-molekyler tros ha fungerat som kemiska katalysatorer förutom att lagra genetisk information i urceller. Sett i detta ljus, de RNA-modifieringar som finns i dagens organismer representerar molekylära fossiler som har fortsatt att delta i vitala biologiska funktioner i miljarder år.