Kemister baserade i München har visat att växlingen i våta och torra förhållanden på den tidiga jorden kunde ha varit tillräckligt för att starta den prebiotiska syntesen av RNA-nukleosider som finns i livets alla områden.
Medan förståelsen för förhållandena på den tidiga jorden växer, utvecklingen av RNA och DNA för cirka 4 miljarder år sedan är fortfarande höljd i mystik. Vad var ursprunget till de kemiska strukturerna som bildar underenheterna till vad vi nu känner som ärftliga molekyler RNA och DNA? Dessa molekyler fortsatte sedan att länka till långa kedjor som inte bara kodade information utan reproducerade och förde den vidare:hur började allt det? Sökandet pågår för att veta mer om den kemiska utvecklingen som föregick de första biologiska cellerna.
Forskning utförd vid Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) i München, Tyskland, delvis med stöd av EU:s EPiR-projekt, har arbetat med denna fascinerande lucka i vår kunskap och teamets senaste rön publiceras nu i Natur . Genom att utsätta enkla kemikalier för de typer av fluktuerande fysiska förhållanden som skulle ha rådit i geotermiskt aktiva områden på vår planet för miljarder år sedan, som de som orsakas av vulkanisk aktivitet, forskare har visat att nukleosider kan bildas i en kontinuerlig process.
Livsinducerande kittel av ingredienser
De började med en blandning av de grundämnen som tidigare har visat sig bilda enkla prekursorer under probiotiska tillstånd:myrsyra, natriumnitrit, ättiksyra och några få kvävehaltiga föreningar. Reaktionsblandningen innehöll även järn och nickel, som båda finns i överflöd i jordskorpan. De utsatte sedan partiet för temperaturfluktuationer, pH och luftfuktighet för att efterlikna tidiga förhållanden, som de som beror på kraftigt skiftande säsongstemperaturer.
Teamet byggde på arbete som utfördes förra året genom att inte bara börja med enklare prekursorföreningar, men väljer att replikera förhållanden som skulle förväntas råda i en rimlig geologisk miljö, som hydrotermiska källor på land.
Genom att lägga samman dessa ingredienser och utsätta dem för de förhållanden som efterliknar geologin och meteorologin från den tidiga jorden, teamet fann att en serie reaktioner gav upphov till föreningar som kallas formamidopyrimidiner – en avgörande upptäckt eftersom dessa föreningar kan förvandlas till adenosin och guanosin, som båda finns i DNA. En hel serie besläktade molekyler syntetiserades också.
Forskarna skriver, "Ännu mer slående, alla de modifieringar som observerats är kända för att förekomma i RNA i livets alla tre domäner - Eukaryota (djur och växter), Bakterier och Archaea – och är därför väsentliga komponenter i funktionella genetiska system." Från deras resultat tror forskarna att föreningarna med största sannolikhet fanns i den sista gemensamma förfadern av alla livsformer. Detta i sin tur, de bråkar, "(...) tyder på att dessa föreningar måste ha varit tillgängliga på tidig jord när den biologiska utvecklingen började."
EU-stöd hjälper till att reda ut mysterierna kring livets ursprung på jorden
EU:s avancerade anslag till EPiR (The Chemical Basis of RNA Epigenetics) hjälper till att stödja forskning om kemins roll i utvecklingen av tidigt liv. EPiR förklarar att den genetiska koden består av en definierad sekvens av fyra kanoniska nukleosider och sekvensen av dessa baser bär ritningarna av allt liv på jorden. Det är uppenbart att denna sekvensinformation ensam inte är tillräcklig för att förklara hur en flercellig organism kan etablera specialiserade celler som de 200 kända celltyperna i en människokropp.
Detta, EPiR förklarar, kräver ett andra informationsskikt och det har blivit uppenbart att detta informationsskikt är starkt baserat på kemi. Mer än 150 kemiska derivat av RNA-nukleosider är kända och många fler väntar på upptäckt. Det är därför EPiR undersöker RNA-modifieringar för att dechiffrera deras funktioner.
