När jorden föddes, det var en röra. Meteorer och åskväder bombarderade sannolikt planetens yta där ingenting förutom livlösa kemikalier kunde överleva. Hur liv bildades i denna kemiska förödelse är ett mysterium miljarder år gammalt. Nu, en ny studie ger bevis på att de första byggstenarna kan ha matchat deras miljö, börjar stökigare än tidigare trott.

Livet är byggt av tre huvudkomponenter:RNA och DNA – den genetiska koden som, som byggledare, programmera hur man kör och reproducerar celler – och proteiner, de arbetare som utför deras instruktioner. Mest troligt, de första cellerna hade alla tre delarna. Över tid, de växte och replikerade, tävlar i Darwins spel för att skapa livets mångfald idag:bakterier, svampar, vargar, valar och människor.

Men först, RNA, DNA eller proteiner var tvungna att bildas utan deras partner. En vanlig teori, känd som "RNA World"-hypotesen, föreslår att eftersom RNA, till skillnad från DNA, kan replikera sig själv, den molekylen kan ha kommit först. Medan nyare studier upptäckte hur molekylens nukleotider - A, C, G och U som bildar dess ryggrad – kunde ha bildats av kemikalier som fanns tillgängliga på den tidiga jorden, vissa forskare tror att processen kanske inte har varit en så enkel väg.

"För flera år sedan, den naiva idén att pooler av rena koncentrerade ribonukleotider kan finnas på den primitiva jorden hånades av Leslie Orgel som "molekylärbiologens dröm, '" sa Jack Szostak, en nobelpristagare, professor i kemi och kemisk biologi och genetik vid Harvard University, och en utredare vid Howard Hughes Medical Institute. "Men hur relativt modernt homogent RNA kunde uppstå från en heterogen blandning av olika utgångsmaterial var okänt."

I en tidning publicerad i Journal of the American Chemical Society , Szostak och kollegor presenterar en ny modell för hur RNA kunde ha uppstått. Istället för en ren väg, han och hans team föreslår en Frankenstein-liknande början, med RNA som växer ur en blandning av nukleotider med liknande kemiska strukturer:arabino-deoxi- och ribonukleotider (ANA, DNA, och RNA).

I jordens kemiska smältdegel, det är osannolikt att en perfekt version av RNA bildades automatiskt. Det är mycket mer troligt att många versioner av nukleotider slogs samman för att bilda lapptäckemolekyler med bitar av både modernt RNA och DNA, såväl som till stor del nedlagda genetiska molekyler, som ANA. Dessa chimärer, som det monstruösa hybridlejonet, örn och orm varelser från grekisk mytologi, kan ha varit de första stegen mot dagens RNA och DNA.

"Modern biologi förlitar sig på relativt homogena byggstenar för att koda genetisk information, " sa Seohyun Kim, en postdoktor i kemi och första författare på uppsatsen. Så, om Szostak och Kim har rätt och Frankenstein -molekylerna kom först, varför utvecklades de till homogent RNA?

Kim satte dem på prov:Han ställde potentiella urhybrider mot moderna RNA, manuellt kopiera chimärerna för att imitera processen för RNA -replikering. Rent RNA, han hittade, är bara bättre – effektivare, mer precist, och snabbare än dess heterogena motsvarigheter. I en annan överraskande upptäckt, Kim fann att de chimära oligonukleotiderna - som ANA och DNA - kunde ha hjälpt RNA att utveckla förmågan att kopiera sig själv. "Spännande, " han sa, "några av dessa variant ribonukleotider har visat sig vara kompatibla med eller till och med fördelaktiga för kopiering av RNA -mallar."

Om den mer effektiva tidiga versionen av RNA reproducerades snabbare än dess hybridmotstycken då, över tid, det skulle överbefolka sina konkurrenter. Det är vad Szostak-teamet teoretiserar hände i ursoppan:Hybrider växte till modernt RNA och DNA, som sedan överträffade sina förfäder och, så småningom, tog över.

"Ingen urpool av rena byggstenar behövdes, " sa Szostak. "Den inneboende kemin i RNA-kopieringskemin skulle resultera, över tid, vid syntes av allt mer homogena bitar av RNA. Anledningen för det här, som Seohyun så tydligt har visat, är att när olika typer av nukleotider konkurrerar om kopieringen av en mallsträng, det är RNA-nukleotiderna som alltid vinner, och det är RNA som syntetiseras, inte någon av de relaterade typerna av nukleinsyror."

Än så länge, teamet har endast testat en bråkdel av de möjliga variantnukleotiderna som finns tillgängliga på den tidiga jorden. Så, som de första bitarna av rörigt RNA, deras arbete har bara börjat.