(Dr_Microbe/iStock/Getty Images Plus) Mēs tikko saņēmām vairāk pierādījumu tam, ka dzīvība uz Zemes, iespējams, ir sākusies ar RNS, Japānas zinātniekiem radot RNS, kas pati par sevi var atkārtot, dažādot un attīstīt sarežģītību.
Ilgi pirms tam, kad Zemi radīja pirmās pirmatnējās strūklas šūnas, tā bija pārpildīta ar kūstošu organisko zupu, kas atradās uz kaut kā dziļa sliekšņa.
Šī plānā robeža starp sarežģīto ķīmiju un dzīvības evolūciju ir galvenais brīdis bioloģijas rašanās procesā. Diemžēl, neskatoties uz visu tā nozīmīgumu, mēs zinām ļoti maz detaļu par to, kā tieši tas notika.
Eksperiments, ko veica Tokijas Universitātes zinātnieki, tagad ir pastiprinājis uzskatu, ka RNS unikālajiem talantiem ir tas, kas nepieciešams, lai izskaidrotu, kā dzīvība parādījās pirms miljardiem gadu, atbalstot to, kas pazīstams kā 'RNS pasaule' hipotēze.
Taču pētījumi arī parāda, ka tas varētu nebūt noticis tieši tā, kā mēs domājām.
Viņu darbs parāda, kā molekula, kas mūsdienās joprojām ir izšķiroša katras dzīvās būtnes izdzīvošanai un vairošanai, var virzīties uz attīstošu sistēmu, ja tā darbojas kā komanda.
'Mēs noskaidrojām, ka atsevišķas RNS sugas ir attīstījušās par sarežģītu replikācijas sistēmu: replikatoru tīklu, kas ietver piecu veidu RNS ar daudzveidīgu mijiedarbību, atbalstot sen paredzētā evolūcijas pārejas scenārija ticamību.' saka evolūcijas biologs Ryo Mizuuchi.
Atbrīvojoties no svarīgākajām lietām, dzīvība sastāv no molekulām, kas var izveidot nepilnīgas sevis kopijas, izraisot praktiski neierobežotu variantu kopu, kas varētu (vai nevar) noturēt to kopā pietiekami ilgi, lai pašas izveidotu kopijas.
Dzīvības izcelsmes meklēšana faktiski ir bijusi kandidātu meklēšana, kas var veikt šo replikācijas uzdevumu, neizmantojot ļoti specializētu organisko materiālu, piemēram, DNS vai proteīnu, atbalstu.
RNS jau sen irlīderis šajā meklēšanā. Mūsdienās tas ir visuresošs visā biosfērā, varēja būt uz senās Zemesrezultātānebioloģiski procesi, var saglabāt lielu informācijas daudzumu un darboties kā dinamiska fiziska vienība.
Tas nozīmē, ka tas potenciāli varētu radīt struktūras, kas var fiziski veidot jaunas molekulas, kas savukārt var veidot jaunas struktūras. Ja šis process ir nepilnīgs, dažas no “replikatora” struktūrām veiks darbu ātrāk vai efektīvāk nekā citas, kļūstot par RNS dominējošo formu… vismaz līdz brīdim, kad sanāks kaut kas vēl labāks.
Lai cik pievilcīga būtu šī ideja, mēs esam pazīstami gadu desmitiem ka atsevišķu RNS molekulu pašu konstruētas vienības ir pārāk vienkāršas un pārāk nestabilas šādam scenārijam. Pat tā deoksigenētajai brālim un māsai DNS trūkst graudainības, lai noturētu sevi kopā pietiekami ilgi, lai dabiskā atlase sāktu lidojuma sākumu.
Tas nenozīmē, ka vairāki virzieni, kas darbojas kā komanda, nevarētu veikt darbu. Ja ir dažas dažādas replikācijas vienības, kas darbojas populācijas līmenī, šo informācijas problēmu var viegli atrisināt.
Ap RNS, DNS un pat proteīniem ir izstrādāti dažādi replikatori, lai parādītu, kā tas varētu darboties, pētniekiem pieliekot pūles, lai izveidotu funkcionalitāti, kas ļauj molekulu struktūrām sadarboties un veidot kopijas piemērotā ātrumā.
Lai gan tie var uzturēt replikāciju, līdz šim neviens laika gaitā nav kļuvis sarežģītāks, atstājot atklātu jautājumu par to, vai RNS ir spējīga attīstīties.
Mizuuchi komanda ir izveidojusi pareizo RNS molekulu dizainu, lai izveidotu atsevišķas replikatora molekulas, kas var darboties kolektīvi, lai ne tikai saglabātu informāciju un laika gaitā mainītos, bet arī darītu to tā, lai risinājums kļūtu sarežģītāks secīgās paaudzēs.
Viņu eksperimentā tika izmantoti klonēti RNS garumi ūdens pilieniņos, kas suspendēti eļļā un kuriem tika veiktas vairāk nekā simts replikācijas kārtas, un katra kārta tika pārbaudīta un analizēta.
'Godīgi sakot, mēs sākotnēji šaubījāmies, ka šādas dažādas RNS varētu attīstīties un pastāvēt līdzās.' saka Mizuuči.
'Evolūcijas bioloģijā' konkurētspējīgas izslēgšanas princips' nosaka, ka vairāk nekā viena suga nevar pastāvēt līdzās, ja tās konkurē par vieniem un tiem pašiem resursiem. Tas nozīmē, ka molekulām ir jāizveido veids, kā vienu pēc otra izmantot dažādus resursus ilgstošai dažādošanai. Tās ir tikai molekulas, tāpēc mēs domājām, vai nedzīvām ķīmiskajām sugām ir iespējams spontāni attīstīt šādu inovāciju.
Koncepcijas pierādījums parāda, ka tas ir iespējams, ja vien RNS nekonkurē savā starpā par resursiem, bet paļaujas viena uz otru sava veida saimniekparazīta veidā. Ja kaut viens RNS replikators tiek noņemts, pārējie izmirst.
Lai gan mēs varam būt pārliecinātāki, ka RNS pasaule Scenārijs ir ticams, tas nespēj parādīt, kā dzīvība uz Zemes uzziedēja pirms miljardiem gadu. Šim nolūkam mums būtu nepieciešami dažādi pierādījumu kopumi, sākot no ģeoloģijas līdz astrofizikai, lai izveidotu pārliecinošu lietu.
Neskatoties uz to, tas ir nopietns solis uz priekšu, meklējot ķīmiskos evolūcijas modeļus, kas spēj pārveidot pirmatnējo cilpu par žilbinošu bioloģiskās daudzveidības masīvu, kas turpina kļūt sarežģītāka līdz pat šai dienai.
Šis pētījums tika publicēts Dabas sakari .