Forskare har för första gången funnit starka bevis på att RNA och DNA kunde ha uppstått från samma uppsättning prekursormolekyler redan innan livet utvecklades på jorden för cirka fyra miljarder år sedan.

Upptäckten, publicerad 1 april i Naturkemi , föreslår att de första levande sakerna på jorden kan ha använt både RNA och DNA, som alla cellbaserade livsformer gör nu. I kontrast, den rådande vetenskapliga uppfattningen - "RNA World" -hypotesen - är att tidiga livsformer endast baserades på RNA, och utvecklades först senare för att skapa och använda DNA.

"Dessa nya fynd tyder på att det kanske inte är rimligt att kemister styrs så starkt av RNA World -hypotesen för att undersöka livets ursprung på jorden, "säger medhuvudutredaren Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.D., docent i kemi vid Scripps Research.

Krishnamurthy och hans labb arbetade med studien med labbet av John Sutherland, DPhil, från UK Medical Research Council's Laboratory of Molecular Biology i Cambridge, som en del av New York-baserade Simons Foundation's Collaboration on the Origins of Life.

RNA (ribonukleinsyra) och DNA (deoxiribonukleinsyra) är kemiskt mycket lika, men kemister har aldrig kunnat visa hur det ena kunde ha konverterats till det andra på den tidiga jorden, förutom med hjälp av enzymer som produceras av tidiga organismer. Delvis på grund av denna brist på en påvisad före-liv eller "pre-biotisk" kemisk väg som förbinder RNA med DNA, forskare inom detta område har varit benägna att tro att det enklare, mer mångsidig, RNA, var grunden för de första livsformerna - eller åtminstone för ett tidigt skede av livet innan uppkomsten av DNA. RNA kan lagra genetisk information som DNA kan, kan katalysera biokemiska reaktioner som proteinenzymer kan, och annars förmodligen kunde ha utfört de grundläggande biologiska uppgifter som skulle ha varit nödvändiga i de första livsformerna.

Även om forskare från livets ursprung under de senaste decennierna i stor utsträckning har anammat RNA World-hypotesen, Sutherland, Krishnamurthy, Harvards Jack Szostak och andra har samlat bevis på att RNA och DNA kan ha uppstått mer eller mindre på en gång i de första livsformerna.

I en studie som publicerades 2017 till exempel, Krishnamurthy och kollegor vid Scripps Research identifierade en förening som troligtvis fanns på den pre-biotiska jorden och kunde ha utfört den avgörande uppgiften att länka RNA-byggstenar till större, kedjeliknande RNA-strängar-och kunde ha gjort samma sak för byggstenarna i DNA och proteiner.

I den nya studien, forskarna kombinerade insikter från den undersökningen med senaste fynd från Sutherland och hans laboratorium på en förening som kallas tiouridin. Den senare var sannolikt närvarande på jorden innan liv uppstod, och kunde ha varit en kemisk föregångare till nukleosidbyggstenarna i tidiga RNA. Teamet visade att i några få kemiska reaktionssteg, som troligtvis kunde ha inträffat i en förbiotisk värld, de kunde omvandla denna föregångare till ett RNA-byggblock till ett DNA-byggsten-deoxyadenosin, som utgör bokstaven "A" i det moderna, fyra bokstäver DNA-kod. Alternativt kan de omvandla tiouridin till deoxiribos, som är mycket nära besläktad med deoxyadenosin och kan också ha varit en föregångare till tidiga DNA -byggstenar.

Fyndet bör göra det lättare för forskare att acceptera möjligheten att DNA och RNA uppstod tillsammans och ingick i de första livsformerna. Vissa forskare inklusive Sutherland har föreslagit att RNA och DNA till och med kan ha blandats ihop för att skapa de första generna. Ingen sådan organism är känd för att förekomma naturligt nu, men en nyligen publicerad uppsats av Scripps Researchs Peter Schultz, Ph.D. och kollegor beskrev en konstruerad bakterie som kan överleva med gener gjorda av en RNA/DNA -blandning.

Krishnamurthy misstänker att men livet uppstod, RNA och DNA med sina respektive styrkor och brister skulle snabbt ha sorterat sig in i den ganska strikta arbetsfördelning som ses i alla celler idag:DNA för stabil långsiktig lagring av genetisk information, och RNA för sin egen uppsättning uppgifter inklusive korttidsförvaring och transport av genetisk information och framställning av proteiner.

"Det är början på en insikt inom området att RNA och DNA kunde ha blandats ihop till en början men senare separerats enligt de saker de gör bäst, "Säger Krishnamurthy.

Författarna till studien, "Prebiotisk fosforylering av 2-tiouridin ger antingen nukleotider eller DNA-byggstenar via fotoreduktion, "var Jianfeng Xu, Nicholas Green, och John Sutherland från MRC, och Clémentine Gibard och Ramanarayanan Krishnamurthy från Scripps Research.