Pochodzenie życia na Ziemi jest zbiorem paradoksów. Aby życie mogło się rozpocząć, musiała istnieć cząsteczka genetyczna – coś w rodzaju DNA lub RNA – zdolna do przekazywania planów tworzenia białek, najważniejszych cząsteczek życia. Ale współczesne komórki nie potrafią kopiować DNA i RNA bez pomocy samych białek. Co bardziej kłopotliwe, żadna z tych cząsteczek nie może wykonywać swojej pracy bez lipidów tłuszczowych, które tworzą błony potrzebne komórkom do utrzymania ich zawartości wewnątrz. I w jeszcze jeden kurczak i jajko komplikacji, enzymy oparte na białkach (kodowane przez cząsteczki genetyczne) są potrzebne do syntezy lipidów.
Now, naukowcy twierdzą, że mogą mieć rozwiązane te paradoksy. Chemicy donoszą dziś, że para prostych związków, które byłyby obfite na wczesnej Ziemi, może dać początek sieci prostych reakcji, które produkują trzy główne klasy biomolekuł – kwasy nukleinowe, aminokwasy i lipidy – potrzebne do najwcześniejszej formy życia, aby uzyskać swój początek. Chociaż nowa praca nie dowodzi, że tak właśnie zaczęło się życie, może ostatecznie pomóc wyjaśnić jedną z najgłębszych tajemnic współczesnej nauki.
„To bardzo ważny dokument”, mówi Jack Szostak, biolog molekularny i badacz pochodzenia życia w Massachusetts General Hospital w Bostonie, który nie był związany z obecnymi badaniami. „Proponuje on po raz pierwszy scenariusz, w którym prawie wszystkie istotne elementy składowe życia mogły zostać złożone w jednym środowisku geologicznym.”
Naukowcy od dawna opowiadają się za swoimi ulubionymi scenariuszami, według których zestaw biomolekuł uformował się jako pierwszy. Zwolennicy „Świata RNA”, na przykład sugerują, że RNA mógł być pionierem; nie tylko jest w stanie przenosić informację genetyczną, ale może również służyć jako katalizator chemiczny podobny do białka, przyspieszając pewne reakcje. Zwolennicy Metabolism-first, w międzyczasie, argumentowali, że proste katalizatory metalowe, w przeciwieństwie do zaawansowanych enzymów opartych na białkach, mogły stworzyć zupę organicznych bloków budowlanych, które mogły dać początek innym biomolekułom.
Hipoteza RNA World dostała duży impuls w 2009 roku. Chemicy kierowani przez Johna Sutherlanda na Uniwersytecie Cambridge w Wielkiej Brytanii poinformowali, że odkryli, iż stosunkowo proste związki prekursorowe zwane acetylenem i formaldehydem mogą przejść sekwencję reakcji, aby wyprodukować dwa z czterech nukleotydowych bloków budulcowych RNA, pokazując prawdopodobną drogę do tego, jak RNA mogło powstać na własną rękę – bez potrzeby enzymów – w pierwotnej zupie. Krytycy jednak zwrócili uwagę, że acetylen i formaldehyd są nadal nieco skomplikowanymi cząsteczkami. To rodziło pytanie, skąd one pochodzą.
Dla ich obecnego badania, Sutherland i jego koledzy wyruszyli do pracy wstecz od tych chemikaliów, aby zobaczyć, czy mogą znaleźć drogę do RNA z jeszcze prostszych materiałów wyjściowych. Udało im się. W bieżącym numerze Nature Chemistry, zespół Sutherlanda donosi, że stworzył prekursory kwasu nukleinowego zaczynając od cyjanowodoru (HCN), siarkowodoru (H2S) i światła ultrafioletowego (UV). Co więcej, Sutherland twierdzi, że warunki, w których powstają prekursory kwasów nukleinowych, tworzą również materiały wyjściowe potrzebne do produkcji naturalnych aminokwasów i lipidów. To sugeruje, że jeden zestaw reakcji mógł dać początek większości życia bloki budowlane jednocześnie.
Sutherland zespół twierdzi, że wczesna Ziemia była korzystne ustawienie dla tych reakcji. HCN jest obfite w kometach, które padały nieprzerwanie przez prawie pierwsze kilkaset milionów lat historii Ziemi. Uderzenia te również wytworzyłyby wystarczającą ilość energii do syntezy HCN z wodoru, węgla i azotu. Podobnie, Sutherland mówi, H2S był uważany za powszechne na wczesnej Ziemi, podobnie jak promieniowanie UV, które może napędzać reakcje i minerałów zawierających metale, które mogą mieć catalyzed them.
To powiedziawszy, Sutherland ostrzega, że reakcje, które uczyniłyby każdy z zestawów bloków budowlanych są wystarczająco różne od siebie – wymagające różnych katalizatorów metalowych, na przykład – że prawdopodobnie nie wszystkie wystąpiłyby w tym samym miejscu. Raczej, mówi, niewielkie różnice w chemii i energii mogły sprzyjać tworzeniu jednego zestawu bloków konstrukcyjnych nad innymi, takimi jak aminokwasy lub lipidy, w różnych miejscach. „Woda deszczowa mogłaby wtedy zmyć te związki do wspólnego basenu”, mówi Dave Deamer, badacz pochodzenia życia na Uniwersytecie Kalifornijskim w Santa Cruz, który nie był związany z badaniami.
Czy życie mogło zapalić się w tym wspólnym basenie? Ten szczegół jest prawie na pewno na zawsze utracone do historii. Ale pomysł i „wiarygodna chemia”, która za nim stoi jest warta dokładnego przemyślenia, mówi Deamer. Szostak zgadza się z tym. „Ten ogólny scenariusz rodzi wiele pytań”, mówi, „i jestem pewien, że będzie on dyskutowany przez jakiś czas.”
.