Svaret, enligt deras nya arbete, är sannolikt ja.
"Vi har nu en väg som går mer eller mindre från de mycket enkla utgångsmaterialen som fanns tillgängliga i den tidiga jorden till de komplexa prebiotiska molekylerna du behöver för livets ursprung", säger Ramanarayanan Krishnamurthy, en TSRI-professor och medlem av Skaggs Institute for Kemisk biologi.
I decennier har forskare försökt förstå hur den första cellen uppstod från livlös materia - ett begrepp som ofta kallas "livets ursprung". Många biologer tror att RNA-molekylen – som har både informationslagring (som DNA) och aktivitetsutförande (som proteiner) – kan ha varit den ursprungliga molekylära förfadern som i slutändan ledde till den första levande organismen. RNA är dock gjord av byggstenar som är ganska svåra att få tag på.
Men i en rapport i tidskriften Nature Chemistry presenterar Krishnamurthys team nya insikter som kan förändra synen på hur den första replikatormolekylen kom till.
Krishnamurthys labb, tillsammans med TSRI-professor Matthew Disney och tidigare TSRI-postdoktor och nuvarande professor vid University of South Carolina, Andrew Ellington, har studerat konceptet att den genetiska koden kunde ha uppstått naturligt från en mycket komplex blandning av byggstenar. Men vad de verkligen behövde var en enkel, realistisk förklaring av hur de ursprungliga byggstenarna kunde ha bildats från början.
"Du kan inte börja prata om livets ursprung utan att först överväga ursprunget till de rätta byggstenarna", sa förstaförfattaren och TSRI-studenten Yunwei Mao. "Lyckligtvis har vi ett par decennier av arbete som berättar för oss vilka enkla byggstenar som krävs för att göra RNA-strängar."
En sådan enkel byggsten är molekylen isocytosin, som i tidigare forskning TSRI-forskare har visat kan monteras spontant för att bilda de väsentliga byggstenarna i genetiska molekyler, så kallade nukleotider.
I nära samarbete med Krishnamurthy, Disney och Ellington har Mao och hennes kollegor nu identifierat en mycket rimlig förklaring till hur isocytosin kunde ha uppstått på den tidiga jorden. De började med att identifiera den enklaste uppsättningen förhållanden som skulle tillåta isocytosin att bildas genom att blanda enkla komponenter som vätecyanid i vatten och utsätta det för ultraviolett (UV) ljus. Genom en serie experiment kunde de visa att nyckelreaktionen katalyseras naturligt:i huvudsak utlöser reaktionen sig själv efter den initiala UV-ljusexponeringen och kan fortsätta att generera isocytosin relativt snabbt.
Implikationerna av detta fynd, sa Krishnamurthy, är djupgående:"Det betyder att de byggstenar som är nödvändiga för att kickstarta ett genetiskt system verkligen kan uppstå under ganska enkla och realistiska förhållanden på den tidiga jorden. Nu kan vi föreställa oss ett scenario där mycket enkel kemi som vi ser i interstellära moln ger upphov till komplexiteten vi ser i biologin på jorden."
Forskarna noterar dock att ytterligare steg måste utarbetas innan deras teori kan anses vara komplett. Till exempel måste de ta reda på hur de isocytosinmolekyler som de genererade kan omvandlas till ribonukleotiderna – byggstenarna i RNA. Dessutom vill de förstå den detaljerade molekylära mekanismen som möjliggör spontan bildning av genetisk information från en komplex blandning eller organiska molekyler.
Detta arbete stöddes av Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) anslag W911NF-13-C-0043 och National Institutes of Health-anslag R01GM078401.
