'Odgovoreno je na nekoliko pitanja o podrijetlu života, ali još mnogo toga ostaje za proučavanje' rekli su Stanley Miller i Harold Urey davne 1959. godine nakon što su izvijestili o laboratorijskoj sintezi aminokiselina u primitivnim zemaljskim uvjetima. Mnogo je napretka u nizu, a znanstvenici se već dugo bore s temeljnim pitanjem - koji je genetski materijal prvi nastao na primitivnoj zemlji, DNA or RNK, ili pomalo od oboje? Sada postoje dokazi koji to upućuju DNA i RNK oboje su možda koegzistirali u primordijalnoj juhi odakle su se životni oblici mogli razviti s odgovarajućim genetskim materijalom.
Središnja dogma molekularne biologije kaže da DNA čini RNK čini proteini. Proteini odgovorni su za većinu, ako ne i za sve reakcije koje se odvijaju u organizmu. Cjelokupna funkcionalnost organizma uvelike ovisi o njihovoj prisutnosti i međudjelovanju protein molekule. Prema središnjoj dogmi, proteini proizvode informacije sadržane u DNA koji se pretvara u funkcionalni protein putem glasnika zvanog RNA. Međutim, moguće je da proteini sami mogu preživjeti neovisno bez ikakvih DNA or RNK, kao što je slučaj s prionima (pogrešno presavijeni protein molekule koje ne sadrže DNA or RNK), ali mogu preživjeti sami.
Dakle, mogu postojati tri scenarija nastanka života.
A) Ako je proteini ili su se njegovi građevni blokovi mogli oblikovati abiotički tijekom atmosfere koja je postojala prije nekoliko milijardi godina u iskonskoj juhi, proteini može se nazvati osnovom podrijetlo života. Eksperimentalni dokazi u njegovu korist dolaze iz poznatog eksperimenta Stanleyja Millera1, 2, koji je pokazao da kada se mješavina metana, amonijaka, vode i vodika pomiješaju i kruže pored električnog pražnjenja, nastaje mješavina aminokiselina. To je ponovno potvrđeno sedam godina kasnije3 Stanley Miller i Harold Urey su 1959. izjavili da je prisutnost reducirajuće atmosfere u prazemlji dovela do sinteze organski spojeva u prisutnosti gore navedenih plinova plus manje količine ugljikovog monoksida i ugljikovog dioksida. Relevantnost Miller-Urey eksperimenata godinama je dovodila u pitanje znanstveno bratstvo, smatrajući da je mješavina plinova korištena u njihovim istraživanjima bila previše reducirajuća u odnosu na uvjete koji su postojali na iskonskoj Zemlji. Brojne teorije upućivale su na neutralnu atmosferu koja sadrži višak CO2 s N2 i vodenom parom4. Međutim, neutralna atmosfera također je identificirana kao prihvatljivo okruženje za sintezu aminokiselina5. Osim toga, za proteini da bi djelovali kao izvori života, trebaju se samoreplicirati što dovodi do kombinacije različitih proteini zadovoljiti različite reakcije koje se odvijaju u organizmu.
B) Ako je iskonska juha pružala uvjete za građenje blokova DNA i / ili RNK formirati, onda je bilo koji od njih mogao biti genetski materijal. Dosadašnja istraživanja su favorizirala RNK biti genetski materijal za podrijetlo oblika života zbog svoje sposobnosti savijanja na sebe, postojanja kao jedne niti i djelovanja kao enzim6sposoban napraviti više RNK molekule. Niz samoreplicirajućih RNA enzima7 otkriveni su tijekom godina što sugerira RNK biti početni genetski materijal. To je dodatno ojačano istraživanjem koje je provela skupina Johna Sutherlanda koje je dovelo do stvaranja dviju baza RNA u okruženju sličnom iskonskoj juhi uključivanjem fosfata u smjesu8. Formiranje građevnih blokova RNA također je prikazano simulacijom redukcijske atmosfere (koja sadrži amonijak, ugljični monoksid i vodu), slično onoj korištenoj u Miller-Ureyjevom eksperimentu, a zatim propuštanjem električnih pražnjenja i lasera velike snage kroz njih9. Ako se vjeruje da je RNA začetnik, onda kada i kako jest DNA i nastaju proteini? Jesam DNA razviti kao genetski materijal kasnije zbog nestabilne prirode RNA i proteini su slijedili primjer. Odgovori na sva ova pitanja još uvijek ostaju bez odgovora.
C) Treći scenarij da DNK i RNA mogu koegzistirati u primordijalnoj juhi koja je dovela do nastanka života došao je iz studija objavljenih 3.rd lipnja 2020. grupa Johna Sutherlanda iz MRC Laboratorija u Cambridgeu, UK. Istraživači su simulirali uvjete koji su postojali na iskonskoj Zemlji prije nekoliko milijardi godina, s plitkim jezercima u laboratoriju. Prvo su otopili kemikalije koje nastaju RNK u vodi, zatim ih sušiti i zagrijavati, a zatim podvrgavati UV zračenju koje je simuliralo sunčeve zrake koje su postojale u primordijalnom vremenu. Ovo nije dovelo samo do sinteze dva građevna bloka RNK ali i od DNA, što sugerira da su obje nukleinske kiseline postojale zajedno u vrijeme nastanka života10.
Na temelju suvremenih spoznaja koje danas postoje i poštujući središnju dogmu molekularne biologije, čini se vjerojatnim da su DNK i RNA koegzistirali što je dovelo do nastanka života i stvaranja proteina kasnije.
Međutim, autor želi spekulirati o drugom scenariju gdje sve tri važne biološke makromolekule, tj. DNK, RNA i protein postojali su zajedno u primordijalnoj juhi. Neuredni uvjeti koji su postojali u primordijalnoj juhi, uključujući kemijsku prirodu zemljine površine, vulkanske erupcije i prisutnost plinova kao što su amonijak, metan, ugljični monoksid, ugljični dioksid zajedno s vodom mogli su biti idealni za stvaranje svih makromolekula. Nagovještaj toga dalo je istraživanje koje su proveli Ferus i sur., gdje su nukleobaze nastale u istoj redukcijskoj atmosferi9 korišten u Miller-Ureyjevom eksperimentu. Ako ćemo vjerovati u ovu hipotezu, onda su tijekom evolucije različiti organizmi usvojili jedan ili drugi genetski materijal, koji je pogodovao njihovom postojanju i dalje.
Međutim, dok pokušavamo razumjeti podrijetlo životnih oblika, potrebno je mnogo daljnjih istraživanja kako bi se odgovorilo na temeljna i relevantna pitanja o tome kako je život nastao i kako se širio. To bi zahtijevalo pristup "iz kutije" bez oslanjanja na bilo kakve predrasude koje u naše razmišljanje unose trenutne dogme koje se slijede u znanosti.
***
Reference:
1. Miller S., 1953. Proizvodnja aminokiselina u mogućim primitivnim zemaljskim uvjetima. Znanost. 15. svibnja 1953.: sv. 117, Broj 3046, str. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al. 2003. Prebiotička juha – ponovno razmatranje Millerovog eksperimenta. Znanost 02. svibnja 2003.: Vol. 300, Broj 5620, str. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL i Urey HC, 1959. Sinteza organskih spojeva na primitivnoj Zemlji. Znanost 31. srpnja 1959.: sv. 130, broj 3370, str. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Sastav atmosfere i klima na ranoj Zemlji. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Objavljeno:07. rujna 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Ponovna procjena prebiotske organske sinteze u neutralnim planetarnim atmosferama. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Međusekvenca RNK od Tetrahymena je enzim. Znanost 31. siječnja 1986.: sv. 231, broj 4737, str. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Ribozimom katalizirana transkripcija aktivnog ribozima. Znanost 08. travnja: sv. 332, broj 6026, str. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sinteza aktiviranih pirimidin ribonukleotida u prebiotički prihvatljivim uvjetima. Priroda 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Formiranje nukleobaza u Miller-Urey reducirajućoj atmosferi. PNAS 25. travnja 2017. 114 (17) 4306-4311; prvi put objavljeno 10. travnja 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. i sur. 2020 Selektivna prebiotička tvorba RNA pirimidina i DNA purinski nukleozidi. Nature 582, 60-66 (2020). Objavljeno: 03. lipnja 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
