Livets oprindelse på Jorden er et paradoks. For at livet kunne komme i gang, må der have været et genetisk molekyle – noget som DNA eller RNA – der kunne videregive tegninger til fremstilling af proteiner, livets arbejdsheste-molekyler. Men moderne celler kan ikke kopiere DNA og RNA uden hjælp fra proteinerne selv. For at gøre sagen endnu mere irriterende kan ingen af disse molekyler udføre deres arbejde uden fedtlipider, som udgør de membraner, som cellerne har brug for for at holde deres indhold inde. Og som endnu en høne-og-æg-komplikation er det nødvendigt med proteinbaserede enzymer (kodet af genetiske molekyler) for at syntetisere lipider.
Nu siger forskerne, at de måske har løst disse paradokser. Kemikere rapporterer i dag, at et par enkle forbindelser, som ville have været rigelige på den tidlige Jord, kan give anledning til et netværk af enkle reaktioner, der producerer de tre hovedklasser af biomolekyler – nukleinsyrer, aminosyrer og lipider – som var nødvendige for, at den tidligste form for liv kunne komme i gang. Selv om det nye arbejde ikke beviser, at det er sådan, livet startede, kan det i sidste ende bidrage til at forklare et af de dybeste mysterier i moderne videnskab.
“Dette er en meget vigtig artikel”, siger Jack Szostak, molekylærbiolog og forsker i livets oprindelse på Massachusetts General Hospital i Boston, som ikke var tilknyttet den aktuelle forskning. “Den foreslår for første gang et scenarie, hvor næsten alle de essentielle byggesten til liv kunne være samlet i én geologisk sammenhæng.”
Forskere har længe fremført deres egne yndlingsscenarier for, hvilket sæt biomolekyler der blev dannet først. Fortalere for “RNA-verdenen” foreslår for eksempel, at RNA kan have været pioneren; det er ikke kun i stand til at bære genetisk information, men kan også fungere som en proteinlignende kemisk katalysator, der fremskynder visse reaktioner. Metabolisme-først-tilhængerne har i mellemtiden hævdet, at simple metalkatalysatorer i modsætning til avancerede proteinbaserede enzymer kan have skabt en suppe af organiske byggesten, som kunne have givet anledning til de andre biomolekyler.
Hypotesen om RNA-verdenen fik et stort løft i 2009. Kemikere under ledelse af John Sutherland ved University of Cambridge i Det Forenede Kongerige rapporterede, at de havde opdaget, at relativt simple forløberforbindelser kaldet acetylen og formaldehyd kunne gennemgå en sekvens af reaktioner for at producere to af RNA’s fire nukleotidbygningsblokke, hvilket viste en plausibel vej til, hvordan RNA kunne have dannet sig selv – uden behov for enzymer – i ursuppen. Kritikere påpegede dog, at acetylen og formaldehyd stadig er noget komplekse molekyler i sig selv. Det gav anledning til at stille spørgsmålet om, hvor de kom fra.
I deres nuværende undersøgelse satte Sutherland og hans kolleger sig for at arbejde baglæns fra disse kemikalier for at se, om de kunne finde en vej til RNA fra endnu enklere udgangsmaterialer. Det lykkedes dem. I det aktuelle nummer af Nature Chemistry rapporterer Sutherlands hold, at det har skabt nukleinsyreprækursorer, der kun starter med hydrogencyanid (HCN), hydrogensulfid (H2S) og ultraviolet (UV) lys. Hvad mere er, siger Sutherland, er, at de betingelser, der skaber nukleinsyreprækursorer, også skaber de udgangsmaterialer, der er nødvendige for at fremstille naturlige aminosyrer og lipider. Det tyder på, at et enkelt sæt reaktioner kunne have givet anledning til de fleste af livets byggesten på samme tid.
Sutherlands hold hævder, at den tidlige Jord var et gunstigt miljø for disse reaktioner. HCN er rigeligt i kometer, som regnede ned støt og roligt i næsten de første flere hundrede millioner år af Jordens historie. Sammenstødene ville også have produceret nok energi til at syntetisere HCN fra brint, kulstof og kvælstof. Ligeledes, siger Sutherland, menes H2S at have været almindeligt på den tidlige Jord, ligesom den UV-stråling, der kunne drive reaktionerne, og metalholdige mineraler, der kunne have katalyseret dem.
Det sagt, advarer Sutherland om, at de reaktioner, der ville have lavet hvert af sættene af byggesten, er så forskellige fra hinanden – de kræver for eksempel forskellige metalkatalysatorer – at de sandsynligvis ikke alle ville have fundet sted samme sted. Han siger, at små variationer i kemi og energi snarere kunne have begunstiget skabelsen af et sæt byggesten frem for et andet, f.eks. aminosyrer eller lipider, på forskellige steder. “Regnvand ville så skylle disse forbindelser ned i en fælles pulje”, siger Dave Deamer, der er forsker i livets oprindelse ved University of California i Santa Cruz, og som ikke var tilknyttet forskningen.
Kunne livet være opstået i denne fælles pulje? Den detalje er næsten helt sikkert for evigt tabt for historien. Men ideen og den “plausible kemi” bag den er værd at tænke grundigt over, siger Deamer. Szostak er enig. “Dette generelle scenarie rejser mange spørgsmål,” siger han, “og jeg er sikker på, at det vil blive debatteret i nogen tid fremover.”