منذ مليارات السنين ، اختلطت الجزيئات على الأرض الصاخبة والمضطربة ، وشكلت أول أشكال الحياة. بعد دهور ، يتجمع شكل أكبر وأذكى من الحياة حول التجارب المعملية التي تحاول فهم بداياتها.
في حين يقول البعض إن الحياة نشأت من سلاسل بسيطة من الجزيئات ، يقول البعض الآخر أن التفاعلات الكيميائية المبكرة شكلت الحمض النووي الريبي المكرر ذاتيًا. يعمل الحمض النووي الريبي ، أحد أقارب الدنا ، كمفكك تشفير أو رسول للمعلومات الوراثية.
تقدم دراسة جديدة أدلة على فكرة الحمض النووي الريبي ، والمعروفة باسم "فرضية عالم الحمض النووي الريبي". لكن مجموعة واحدة على الأقل في أوائل الحمض النووي الريبي قد تختلف عما هو موجود في الشكل الحديث ، حسبما أفادت مجموعة من العلماء في 3 ديسمبر في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences.
يتكون الحمض النووي الريبي الحديث ، جنبًا إلى جنب مع العمود الفقري للسكر والفوسفات ، من أربع كتل بناء رئيسية: نيوكليوباس تسمى الأدينين (أ) ، السيتوزين (ج) ، الجوانين (ز) ، ويوراسيل (يو).
ولكن اتضح أن الحمض النووي الريبي في وقت مبكر ربما كان لديه نوكليوباز واحد ليس جزءًا من الشكل الحديث.
في الأنابيب البلاستيكية الصغيرة ، وضع الباحثون الماء ، وقليلًا من الملح ، وعازلة للحفاظ على الأس الهيدروجيني الأساسي وأيونات المغنيسيوم لتسريع التفاعلات. تتشابه هذه الظروف مع تلك الموجودة في بحيرة المياه العذبة أو البركة ، أو بحيرة فوهة البركان ، أو نوع البحيرة أو المسبح الموجود في المناطق البركانية مثل حديقة يلوستون الوطنية - جميع الأماكن التي يمكن أن تبدأ الحياة فيها.
ثم أضاف الباحثون قطعة صغيرة من RNA تسمى التمهيدي المرتبط بقطعة أطول من RNA تسمى القالب. يتم عمل RNA الجديد عندما ينسخ التمهيدي قالب RNA ، من خلال الاقتران الأساسي. تتطابق القواعد النووية بشكل فريد مع بعضها البعض ؛ C يربط فقط مع G و A يربط فقط مع U.
أضاف الباحثون النوى (A ، C ، G و U) حتى يتمكنوا من الارتباط بالنموذج وبالتالي تمديد القطعة الأقصر ، التمهيدي. أظهرت النتائج أنه ، بمكونات من الحمض النووي الريبي الحديث ، لم يعمل التفاعل بالسرعة الكافية لتكوين الحمض النووي الريبي وتكراره دون أخطاء.
ولكن بعد ذلك ، أضاف الباحثون مادة كيميائية أخرى تسمى الإينوزين إلى الخليط ، بدلاً من الجزيء القائم على الجوانين. بعد ذلك ، فوجئ الباحثون بأنهم اكتشفوا أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يتشكل ويتكاثر بشكل أكثر دقة قليلاً مما يفعله في مزيج مع الجوانين.
لم يتسبب هذا المزيج في ما يسمى "كارثة خطأ" ، مما يعني أن الطفرات أو الأخطاء العشوائية في التكرارات ظلت دون العتبة ، مما يضمن القضاء عليها قبل التراكم.
قال ديفيد ديمر ، عالم الأحياء في جامعة كاليفورنيا ، سانتا كروز ، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة: "إن حقيقة التغلب على مشكلة كارثة الخطأ هي اختبار مهم للأهمية". قال ديمر إن مراوغته الوحيدة هي الادعاء بأن الإينوزين أكثر معقولية في صنع الحمض النووي الريبي البدائي من القواعد البديلة الأخرى. وقال ديمر لـ Live Science إنه لا يعتقد حتى الآن أنه يجب استبعاد القواعد الأخرى ، حيث أن "هذا ادعاء واسع إلى حد ما ... يعتمد على تفاعل كيميائي محدد للغاية".
ولكن نظرًا لأن الإينوزين يمكن اشتقاقه بسهولة من زوج أساسي آخر ، الأدينين ، فإنه يجعل عملية إنشاء الحياة "أسهل" مما لو كان عليك جعل الجوانين من نقطة الصفر ، كما قال جون ساذرلاند ، الباحث في الأصول الكيميائية لعلم الأحياء الجزيئي في MRC مختبر البيولوجيا الجزيئية في المملكة المتحدة ، الذي لم يكن جزءًا من الدراسة أيضًا.
وأخبرت ساذرلاند Live Science أن النتائج تكسر "الحكمة التقليدية التي لم يكن بالإمكان الاستفادة منها في الإينوزين". اكتسبت Inosine هذه السمعة لأنها تعمل في وظيفة محددة للغاية في شكل من أشكال الحمض النووي الريبي يسمى نقل الحمض النووي الريبي ، والذي يفك تشفير المعلومات الجينية.
كان يعتقد أن الإينوزين "يتمايل" ، أو يرتبط بأزواج قاعدة مختلفة بدلاً من واحد. كان من شأنه أن يجعله جزيءًا ضعيفًا لإعطاء تعليمات فريدة لتشكيل RNA جديد ، لأنه لم يكن هناك اتجاه واضح لما يمكن أن يرتبط به الإينوزين. وقال ساذرلاند: "لقد اعتقد الكثير منا خطأً أن هذه خاصية متأصلة في الإينوزين". لكن هذه الدراسة أظهرت أن الإينوزين ، في سياق العالم المبكر حيث ظهر الحمض النووي الريبي لأول مرة ، لا يتمايل ، ولكن بدلاً من ذلك يقترن بشكل موثوق بالسيتوزين.
قال المؤلف الرئيسي للدراسة جاك سوستاك ، أستاذ الكيمياء وعلم الأحياء الكيميائية بجامعة هارفارد ، والذي يعد أيضًا من الأمور المنطقية الآن ، ولكن استنادًا إلى النتائج القديمة ، لم نتوقع أن يعمل الإينوزين كما فعل. حائز على جائزة نوبل.
يحاول سوستاك وفريقه الآن اكتشاف كيف كان هذا الحمض النووي البدائي مختلفًا عن الحمض النووي الريبي الحديث - وكيف تحول في النهاية إلى الحمض النووي الريبي الحديث. أيضًا ، يركز معظم المختبر الخاص بهم على كيفية تكاثر جزيئات الحمض النووي الريبي قبل تطور الإنزيمات. (الإنزيمات هي بروتينات تسرع التفاعلات الكيميائية).
قال سوستاك لـ Live Science: "هذا تحدٍ كبير". "لقد حققنا الكثير من التقدم ، ولكن لا تزال هناك ألغاز لم يتم حلها".
وأشار ساذرلاند أيضًا إلى أن المجال ينتقل عمومًا من "فرضية عالم الحمض النووي الريبي" النقية إلى واحدة ترى المزيد من المكونات المختلطة في المرجل الذي خلق الحياة. وتشمل تلك الدهون ، الببتيدات ، البروتينات ومصادر الطاقة. وأضاف أنه في أذهان الباحثين ، "إنه عالم RNA أقل نقاءًا مما كان عليه من قبل."
