Μια ομάδα χημικών στο University College London ανακοίνωσε ότι κατάφερε να αναπαραγάγει στο εργαστήριο μια από τις πιο κρίσιμες στιγμές της προέλευσης της ζωής στη Γη. Με την ανασύσταση συνθηκών που θεωρείται ότι επικρατούσαν στον πλανήτη μας πριν από περίπου 4 δισεκατομμύρια χρόνια, οι ερευνητές κατάφεραν να ενώσουν RNA με αμινοξέα, ένα βήμα που θεωρείται καθοριστικό για την εμφάνιση των πρώτων ζωντανών οργανισμών.
Η έρευνα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature, ρίχνει νέο φως στο πώς μπορεί να ξεκίνησε η αλληλεπίδραση ανάμεσα σε νουκλεϊκά οξέα και πρωτεΐνες, μια σχέση που μέχρι σήμερα παραμένει θεμέλιο της βιολογικής λειτουργίας. Όπως εξηγεί ο Matthew Powner, χημικός στο University College London, «καταφέραμε το πρώτο στάδιο μιας διαδικασίας που στη σημερινή ζωή απαιτεί το ριβόσωμα, έναν εξαιρετικά πολύπλοκο μοριακό μηχανισμό. Και το πετύχαμε με απλή χημεία, σε ουδέτερο pH και μέσα σε νερό».
Το μυστήριο της αρχής
Αν και είναι αυτονόητο ότι η ζωή κάποτε προέκυψε από την πρωταρχική «σούπα» της Γης, το πώς ακριβώς συνέβη παραμένει αίνιγμα. Μια από τις κυρίαρχες θεωρίες, γνωστή ως υπόθεση του RNA world, προτείνει ότι το RNA ήταν το πρώτο μόριο με ικανότητα τόσο αυτοαναπαραγωγής όσο και καταλυτικής δράσης. Οι πρωτεΐνες, αν και απαραίτητες για τις περισσότερες βιολογικές λειτουργίες, δεν μπορούν να αυτο-αναπαραχθούν. Έτσι, η σύνδεση RNA και αμινοξέων θεωρείται κομβικό σημείο στην εξέλιξη.
«Η ζωή στηρίζεται στη δυνατότητα σύνθεσης πρωτεϊνών. Η κατανόηση του πώς ξεκίνησε αυτή η διαδικασία είναι θεμελιώδης για την κατανόηση της ίδιας της προέλευσης της ζωής», σημειώνει ο Powner.
Οι δυσκολίες και η λύση με θειοεστέρες
Πολλές προσπάθειες στο παρελθόν να αναπαραχθεί η φυσική ένωση αμινοξέων και RNA απέτυχαν, κυρίως επειδή απαιτείται ένας ισχυρός μεσολαβητής ενέργειας. Παλαιότερα πειράματα έδειξαν ότι τα περισσότερα ενεργά μόρια διασπώνται γρήγορα στο νερό, οδηγώντας τα αμινοξέα να αντιδρούν μεταξύ τους και όχι με το RNA.
Η ομάδα, με επικεφαλής την Jyoti Singh, στράφηκε σε μια διαφορετική προσέγγιση εμπνευσμένη από τη βιολογία: τη χρήση θειοεστέρων. Πρόκειται για ενεργειακά φορτισμένες ενώσεις που αποτελούνται από άνθρακα, οξυγόνο, υδρογόνο και θείο, τέσσερα από τα έξι βασικά στοιχεία της ζωής. Οι θειοεστέρες θεωρείται ότι υπήρχαν άφθονοι στην πρωταρχική οργανική σούπα και, σύμφωνα με την υπόθεση του thioester world, ίσως προηγήθηκαν του RNA world.
Στο πείραμά τους, οι θειοεστέρες λειτούργησαν ως πηγή ενέργειας, επιτρέποντας στα αμινοξέα να δεσμευτούν με το RNA. Η επιτυχία αυτή θεωρείται σημαντική, καθώς γεφυρώνει δύο διαφορετικές θεωρίες για την αρχή της ζωής, την RNA world και την thioester world.
Η μελέτη μας ενοποιεί δύο από τις πιο σημαντικές θεωρίες για την προέλευση της ζωής. Δείχνουμε πως οι θειοεστέρες θα μπορούσαν να παρέχουν την ενέργεια ώστε το RNA να αρχίσει να καθοδηγεί τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Παρά το επίτευγμα, οι επιστήμονες διευκρινίζουν ότι η πλήρης εικόνα απέχει ακόμη. Το επόμενο βήμα είναι να εξεταστεί αν το RNA μπορεί να επιλέγει συγκεκριμένα αμινοξέα, κάτι που θα μπορούσε να εξηγήσει πώς εμφανίστηκε ο γενετικός κώδικας.
Για την Singh, τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά:
Φανταστείτε την ημέρα που οι χημικοί θα μπορούν να συνδυάζουν μικρά μόρια –σαν κομμάτια Lego– και να δημιουργούν συστήματα ικανά για αυτοαναπαραγωγή. Αυτό θα ήταν ένα τεράστιο βήμα στην κατανόηση της προέλευσης της ζωής.
Το πείραμα απέδειξε ότι δύο βασικά «κομμάτια Lego» –ενεργοποιημένα αμινοξέα και RNA– μπορούν να σχηματίσουν πεπτίδια, μικρές αλυσίδες αμινοξέων που είναι απαραίτητες για τη ζωή.
Η έρευνα δεν δίνει όλες τις απαντήσεις, όμως φέρνει την επιστήμη πιο κοντά σε μια κατανόηση που για δεκαετίες φάνταζε απρόσιτη: πώς τα άψυχα μόρια της αρχέγονης Γης κατάφεραν να οργανωθούν ώστε να γεννήσουν τη ζωή. Το γεγονός ότι αυτό το πρώτο βήμα μπορεί να επιτευχθεί με απλή χημεία σε νερό δείχνει ότι το μυστήριο ίσως δεν είναι τόσο μακρινό όσο νομίζαμε.
[via]
