Livets ursprung på jorden är en rad paradoxer. För att livet ska kunna starta måste det ha funnits en genetisk molekyl – något som DNA eller RNA – som kan överföra ritningar för att tillverka proteiner, livets arbetshästmolekyler. Men moderna celler kan inte kopiera DNA och RNA utan hjälp av proteiner själva. För att göra saken ännu mer irriterande kan ingen av dessa molekyler utföra sitt arbete utan fettlipider, som utgör de membran som cellerna behöver för att hålla sitt innehåll inne. Och i ännu en komplikation med hönan och ägget behövs proteinbaserade enzymer (som kodas av genetiska molekyler) för att syntetisera lipider.
Nu säger forskarna att de kan ha löst dessa paradoxer. Kemister rapporterar idag att ett par enkla föreningar, som skulle ha funnits i överflöd på den tidigaste jorden, kan ge upphov till ett nätverk av enkla reaktioner som producerar de tre stora klasserna av biomolekyler – nukleinsyror, aminosyror och lipider – som behövdes för att den tidigaste formen av liv skulle kunna starta. Även om det nya arbetet inte bevisar att det är så här som livet började, kan det så småningom bidra till att förklara ett av de djupaste mysterierna inom den moderna vetenskapen.
”Det här är en mycket viktig artikel”, säger Jack Szostak, molekylärbiolog och forskare i livets ursprung vid Massachusetts General Hospital i Boston, som inte var knuten till den aktuella forskningen. ”Den föreslår för första gången ett scenario där nästan alla viktiga byggstenar för livet kan ha samlats i en och samma geologiska miljö.”
Vetenskapsmän har länge lyft fram sina egna favoritscenarier för vilken uppsättning biomolekyler som bildades först. Förespråkare av ”RNA-världen” föreslår till exempel att RNA kan ha varit pionjär; det kan inte bara bära genetisk information utan också fungera som en proteinliknande kemisk katalysator som påskyndar vissa reaktioner. Förespråkare av metabolismens första tid har däremot hävdat att enkla metallkatalysatorer, i motsats till avancerade proteinbaserade enzymer, kan ha skapat en soppa av organiska byggstenar som kan ha gett upphov till de andra biomolekylerna.
Hypotesen om RNA-världen fick ett stort uppsving 2009. Kemister under ledning av John Sutherland vid University of Cambridge i Storbritannien rapporterade att de hade upptäckt att relativt enkla prekursorföreningar som kallas acetylen och formaldehyd kunde genomgå en sekvens av reaktioner för att producera två av RNA:s fyra nukleotidbyggstenar, vilket visar på en plausibel väg till hur RNA skulle kunna ha bildats på egen hand – utan behov av enzymer – i den primordiala soppan. Kritiker påpekade dock att acetylen och formaldehyd fortfarande är något komplexa molekyler i sig själva. Det väckte frågan om varifrån de kom.
I sin nuvarande studie började Sutherland och hans kollegor arbeta bakåt från dessa kemikalier för att se om de kunde hitta en väg till RNA från ännu enklare utgångsmaterial. De lyckades. I det aktuella numret av Nature Chemistry rapporterar Sutherlands grupp att de skapat nukleinsyraprekursorer med utgångspunkt i enbart vätecyanid (HCN), vätesulfid (H2S) och ultraviolett (UV) ljus. Dessutom, säger Sutherland, skapar de förhållanden som skapar nukleinsyreprekursorer också de utgångsmaterial som behövs för att göra naturliga aminosyror och lipider. Det tyder på att en enda uppsättning reaktioner kan ha gett upphov till de flesta av livets byggstenar samtidigt.
Sutherlands grupp hävdar att den tidiga jorden var en gynnsam miljö för dessa reaktioner. HCN förekommer rikligt i kometer, som regnade ner stadigt under nästan de första flera hundra miljoner åren av jordens historia. Impakten skulle också ha producerat tillräckligt med energi för att syntetisera HCN från väte, kol och kväve. På samma sätt, säger Sutherland, tros H2S ha varit vanligt på den tidiga jorden, liksom den UV-strålning som kunde driva reaktionerna och metallhaltiga mineraler som kunde ha katalyserat dem.
Med detta sagt varnar Sutherland för att de reaktioner som skulle ha gjort var och en av uppsättningarna byggstenar skiljer sig tillräckligt mycket från varandra – de kräver till exempel olika metallkatalysatorer – för att de troligen inte skulle ha inträffat alla på samma plats. Han menar att små variationer i kemi och energi snarare kan ha gynnat skapandet av en uppsättning byggstenar framför en annan, t.ex. aminosyror eller lipider, på olika platser. ”Regnvatten skulle sedan skölja ner dessa föreningar i en gemensam bassäng”, säger Dave Deamer, forskare om livets ursprung vid University of California i Santa Cruz, som inte var knuten till forskningen.
Kulle livet kunna ha startat i den gemensamma bassängen? Den detaljen är med största sannolikhet för alltid förlorad i historien. Men idén och den ”plausibla kemin” bakom den är värd en noggrann eftertanke, menar Deamer. Szostak håller med. ”Det här allmänna scenariot väcker många frågor”, säger han, ”och jag är säker på att det kommer att debatteras under lång tid framöver.”