Yksi tärkeimmistä tieteellisistä ongelmista, joihin tutkijat ympäri maailmaa työskentelevät, on maapallon elämän alkuperä. Viime vuosikymmeninä tällä alalla on saavutettu monia menestyksiä, esimerkiksi RNA-maailman käsite on kehitetty. Vielä ei kuitenkaan ole tiedossa, kuinka tarkalleen elämän ensimmäisinä "rakennuspalikoina" toimineet molekyylit syntyivät. Science julkaisi artikkelin, joka vastaa ehkä tärkeimpaan kysymykseen: mistä RNA: n muodostavat nukleotidit ovat peräisin. "Lenta.ru" paljastaa tutkimuksen yksityiskohdat ja puhuu sen merkityksestä.
Nykyaikaisten tieteellisten käsitteiden mukaan elämä sai alkunsa orgaanisista yhdisteistä, jotka reagoivat keskenään luodakseen avainmolekyylejä - nukleosideja. Nukleosidin tiedetään muodostavan sokeririboosi tai deoksiriboosi ja yksi viidestä typpipohjaisesta emäksestä: adeniini, guaniini, tymiini, sytosiini tai urasiili. Nukleosidit ovat nukleotidien edeltäjiä, joista puolestaan muodostuu DNA ja RNA. Jotta nukleosidi muuttuu nukleotidiksi, tarvitaan lisäkomponentti - fosforihappotähteet.
Miksi nukleosidit nousevat etusijalle? Tähän kysymykseen vastataan tieteellisellä käsitteellä, joka tunnetaan nimellä RNA-maailman hypoteesi, joka uskoo, että RNA oli elämän lähtökohtana. Ribonukleiinihappojen molekyylit suorittivat ensin primaarilevässä olevien kemiallisten reaktioiden katalyytin, oppivat kopioimaan itsensä ja toistensa ja mikä tärkeintä, kantamaan perinnöllistä tietoa. Näitä RNA: ita kutsutaan ribotsyymeiksi. Jos jollakin RNA-molekyylillä oli kyky syntetisoida omat kopionsa, niin tämä ominaisuus siirrettiin sukupolvelta toiselle. Joskus kopiointiin liittyi virheitä, joiden seurauksena uudet RNA: t saivat mutaatioita.
Mutaatiot saattavat vahingoittaa vakavasti molekyylien katalyyttisiä ominaisuuksia, mutta ne voivat myös muuttaa RNA: ta antaen sille uusia kykyjä. Esimerkiksi tutkijat ovat havainneet, että jotkut mutaatiot nopeuttavat itsekopiointiprosessia, ja muuttuneet ribotsyymit alkavat hallita hetken kuluttua "normaaleista". Kalifornian Scripps Research Institute -yksikön Brian Pegelin johtamat molekyylibiologit ovat havainneet, kuinka ribotsyymien entsymaattinen aktiivisuus lisääntyi 90-kertaiseksi laboratoriossa tapahtuneen kolmen päivän evoluution aikana. Siksi, vaikka ribotsyymit eivät alun perin olisi olleet kovin aktiivisia, molekyylin kehitys voisi muuttaa niistä ihanteellisia katalyyttisiä koneita.
Siitä huolimatta RNA-maailman hypoteesiin liittyy useita vaikeuksia. Esimerkiksi ei ole tiedossa, kuinka abiogeeninen, ts. Ilman elävien organismien osallistumista, ensimmäisten ribotsyymien synteesi voisi tapahtua. Vaikka RNA-maailman puolesta on löydetty monia argumentteja, keskeinen kysymys - miten se syntyi - on edelleen kompastuskivi.
Jotkut tutkijat ehdottavat, että kemialliset yhdisteet, joista nukleosidit muodostuivat, eivät voineet syntyä maanpäällisissä olosuhteissa, vaan ne vietiin planeetalle avaruudesta. On kuitenkin syytä huomata, että ongelma liittyy puriininukleosideihin - adenosiini ja guanosiini, jotka sisältävät vastaavasti adeniinin ja guaniinin. Sytosiinia, tymiiniä tai urasiilia sisältäville pyrimidiinimolekyyleille tunnetaan synteesireitit, jotka voisivat hyvin esiintyä elämän alkaessa. Domino-tyyppiset kemialliset reaktiot johtavat suurten määrien vaadittujen pyrimidiinien muodostumiseen.
Mainosvideo:
Tutkijat ovat ehdottaneet mahdollista puriinukleosidien muodostumisreittiä, mutta se voi johtaa monien muiden yhdisteiden esiintymiseen, joista vaadittavat nukleosidit olisivat vain pieni murto-osa. Pelkkä puriinien harjaaminen ei toimi, koska ne eivät ole vain RNA: n ja DNA: n kiinteitä komponentteja, vaan myös muodostavat adenosiinitrifosfaatin (ATP), joka osallistuu kehon energian ja aineiden aineenvaihduntaan, sekä guanosiinitrifosfaatin, joka toimii energian lähteenä proteiinisynteesille.
Yksinkertainen tapa muodostaa nukleosidi kuten adenosiini on yhdistää adeniini riboosiin NH4OH: n läsnä ollessa. Ribosi kiinnittyy yhteen adeniinityppiatomeista, vain siinä on useita niistä, ja vain yhdeksännessä asemassa olevan typen tulisi osallistua adenosiinin synteesiin. Lisäksi käy ilmi, että tämä typpiatomi ei ole kovin reaktiivinen. Tämä tarkoittaa, että jos RNA-maailman hypoteesi on oikea (mikä on enemmän kuin todennäköistä), primaariliemessä on oltava jokin muu tapa syntetisoida adenosiini ja guanosiini.
Uudessa tutkimuksessa tutkijat ovat ehdottaneet puriininukleosidien synteesille erilaista polkua, joka ratkaisee ongelman ja vahvistaa RNA-maailman käsitteen asemaa. Kaikki alkaa aminopyrimidiinimolekyyleistä, jotka muodostetaan helposti yhdisteestä, joka on niin yksinkertainen kuin NH4CN. Tämä tapahtuu guanidiinin muodostumisen kautta, se reagoi sitten aminomalonitriilin kanssa, jolloin muodostuu tetraaminopyrimidiinimolekyyli. Se hapettuu helposti happea sisältävässä ympäristössä, mutta pysyy vakaana hapottomassa ilmakehässä, joka oli ominaista maapallolle ennen elämän syntymää. Tetraaminopyrimidiinin lisäksi voidaan muodostaa muita samanlaisia molekyylejä: triaminopyrimidinone ja triaminopyrimidine. Kaikki nämä yhdisteet liukenevat helposti veteen.
Tärkeintä on, että kaikilla kolmella aminopyrimidiinillä vain tietty typpiatomi on reaktiivinen, ja tämä ratkaisee ongelman, joka liittyy adeniinille ominaiseen muiden atomien reaktioon. Hapantu ympäristö johtaa siihen, että renkaan typpiatomit kiinnittävät protoneja ja estävät kaikki ulkoiset aminoryhmät, paitsi yksi, joka sijaitsee viidennessä asemassa. Kun aminopyrimidiinien ja muurahaishapon seosta lämmitetään, muodostuu vain yksi mahdollinen yhdiste - formamidopyrimidiini. Reaktion saanto on 70 - 90 prosenttia.
Formamidopyrimidiinillä, huolimatta samanlaisuudesta puriinien kanssa, ei ole niiden haittoja. Yhdeksännessä asemassa oleva typpiatomi, kuten kävi ilmi, on reaktiivisin ja reaktio riboosin kanssa alkalisessa väliaineessa johtaa aina samaan tulokseen: puriininukleosidien hiilirunkojen synteesi. Mielenkiintoista on, että formamidopyrimidiini osallistuu aktiivisesti riboosin muodostumiseen glykoaldehydistä ja glyserraldehydistä helpottaen nukleosidien synteesiä ammoniakkiympäristössä. Yleensä tutkijat ovat onnistuneet löytämään reitin nukleotidiprekursorien muodostamiseksi yksinkertaisimmista ammoniakkijohdannaisista. Tällaisia johdannaisia löydettiin hiljattain Churyumov-Gerasimenko-komeetalta, mikä vahvistaa näkemyksen komeetojen aktiivisesta osallistumisesta toimittamaan maapallolle kaikkea tarvittavaa elämän syntymistä varten.
Kemiallinen evoluutio herättää kuitenkin paljon enemmän kysymyksiä, ja niihin vastaaminen vaatii tutkijoiden ponnisteluja ympäri maailmaa. Kattavan kuvan abiogeneesistä tulisi kuvata paitsi nukleotidien ja muiden orgaanisten molekyylien syntyminen ilman elävien organismien osallistumista, vaan myös niiden vuorovaikutus varhaisen maan olosuhteissa, vuorovaikutus, joka johti ensimmäisten solujen muodostumiseen.
Alexander Enikeev