Et af de vigtigste videnskabelige problemer, som forskere overalt i verden arbejder med, er livets oprindelse på Jorden. I løbet af de sidste årtier er der opnået mange succeser på dette område, for eksempel er konceptet om RNA-verdenen blevet udviklet. Det er dog stadig ukendt, hvordan præcist molekylerne, der tjente som de første "byggesten" i livet, opstod. Tidsskriftet Science offentliggjorde en artikel, der besvarer måske det vigtigste spørgsmål: hvor kom nucleotiderne, der udgør RNA, fra? "Lenta.ru" afslører detaljerne i undersøgelsen og taler om dens betydning.
Ifølge moderne videnskabelige begreber stammer livet fra organiske forbindelser, der reagerede med hinanden for at skabe nøglemolekyler - nukleosider. Det vides, at nukleosidet er dannet af sukkerribose eller deoxyribose og en af fem nitrogenholdige baser: adenin, guanin, thymin, cytosin eller uracil. Nukleosider er forløbere for nukleotider, hvoraf DNA og RNA igen er sammensat. For at et nukleosid kan omdanne til et nukleotid, kræves en yderligere komponent - phosphorsyrerester.
Hvorfor kommer nukleosider frem? Dette spørgsmål besvares af et videnskabeligt koncept kendt som hypotesen om RNA-verdenen, som mener, at det var RNA, der stod ved livets oprindelse. Molekylerne af ribonukleinsyrer var de første, der udførte katalyse af kemiske reaktioner i den primære bouillon, lærte at kopiere sig selv og hinanden og vigtigst af alt var arvelige oplysninger. Disse RNA'er kaldes ribozymer. Hvis et hvilket som helst RNA-molekyle havde evnen til at syntetisere sine egne kopier, blev denne egenskab overført fra generation til generation. Nogle gange blev kopiering ledsaget af fejl, som et resultat af hvilke nye RNA'er fik erhvervede mutationer.
Mutationer kan alvorligt skade de katalytiske egenskaber ved molekyler, men de kan også ændre RNA og give det nye evner. For eksempel har forskere fundet, at nogle mutationer fremskynder selvkopieringsprocessen, og de ændrede ribozymer efter et stykke tid begynder at dominere over de "normale". Molekylærbiologer ledet af Brian Pegel fra Scripps Research Institute i Californien har observeret, hvordan den enzymatiske aktivitet af ribozymer steg 90 gange i løbet af en tredages udvikling i et laboratorium. Selv hvis ribozymer oprindeligt ikke var særlig aktive, kunne molekylær udvikling derfor omdanne dem til ideelle katalytiske maskiner.
Ikke desto mindre løber hypotesen om RNA-verdenen ud i en række vanskeligheder. For eksempel vides det ikke, hvordan de abiogene, dvs. uden deltagelse af levende organismer, kunne syntese af de første ribozymer kunne forekomme. Selvom der er fundet mange argumenter til fordel for RNA-verdenen, forbliver det centrale spørgsmål - hvordan det skete - en stødesten.
Nogle forskere antyder, at de kemiske forbindelser, hvorfra nukleosider blev dannet, ikke kunne opstå under jordforhold, men blev bragt til planeten fra rummet. Det er dog værd at bemærke, at problemet er forbundet med purinukleosider - henholdsvis adenosin og guanosin, der indeholder adenin og guanin. For pyrimidinmolekyler, der indeholder cytosin, thymin eller uracil, er synteseveje kendt, der godt kunne eksistere ved livets oprindelse. Domino-lignende kemiske reaktioner fører til dannelse af store mængder af de krævede pyrimidiner.
Salgsfremmende video:
Forskere har foreslået en mulig vej til dannelse af purinnukleosider, men det kan føre til udseendet af mange andre forbindelser, blandt hvilke de krævede nukleosider kun ville være en lille fraktion. Bare børstning af puriner fungerer ikke, da de ikke kun er integrerede bestanddele af RNA og DNA, men også danner adenosintrifosfat (ATP), som er involveret i metabolismen af energi og stoffer i kroppen, og guanosintriphosphat, der fungerer som en energikilde til proteinsyntese.
En enkel måde at danne et nukleosid som adenosin er at kombinere adenin med ribose i nærværelse af NH4OH. Ribose fastgøres til et af adenin-nitrogenatomer, kun det har flere af dem, og kun nitrogen i niende position skal deltage i syntesen af adenosin. Derudover viser det sig, at dette nitrogenatom ikke er meget reaktivt. Dette betyder, at hvis hypotesen om RNA-verdenen er korrekt (hvilket er mere end sandsynligt), skal der være en anden måde at syntetisere adenosin og guanosin i den primære bouillon.
I en ny undersøgelse har forskere foreslået en anden vej til syntese af purinnukleosider, der løser problemet og styrker positionen i RNA-verdensbegrebet. Det hele starter med aminopyrimidinmolekyler, der let dannes af en forbindelse så enkel som NH4CN. Dette sker gennem dannelse af guanidin, det reagerer derefter med aminomalonitril, hvilket resulterer i dannelsen af et tetraaminopyrimidinmolekyle. Det oxideres let i et iltholdigt miljø, men forbliver stabilt i den iltfri atmosfære, der var karakteristisk for Jorden før fødslen. Foruden tetraaminopyrimidin kan andre lignende molekyler dannes: triaminopyrimidinon og triaminopyrimidin. Alle disse forbindelser er let opløselige i vand.
Vigtigst er det, at for alle tre aminopyrimidiner er kun et bestemt nitrogenatom reaktivt, og dette løser problemet med deltagelse i reaktionen fra andre atomer, som er karakteristisk for adenin. Det forsurede miljø fører til det faktum, at nitrogenatomer i ringen fastgør protoner og blokerer for alle eksterne aminogrupper, bortset fra en, der er placeret i den femte position. Når en blanding af aminopyrimidiner og myresyre opvarmes, dannes kun en mulig forbindelse - formamidopyrimidin. Reaktionsudbyttet er 70 til 90 procent.
På trods af dens lighed med puriner er Formamidopyrimidin blottet for deres ulemper. Nitrogenatomet i den niende position er, som det viste sig, det mest reaktive, og reaktionen med ribose i et alkalisk medium fører altid til det samme resultat: syntese af kulstofskeletter til purinukleosider. Interessant nok er formamidopyrimidin aktivt involveret i dannelsen af ribose fra glycolaldehyd og glyceraldehyd, hvilket letter syntese af nukleosider i et ammoniakmiljø. Generelt har det lykkedes forskere at opdage en vej til dannelse af nukleotidforstadier fra de enkleste ammoniakderivater. Sådanne derivater blev for nylig fundet på Churyumov-Gerasimenko-kometen, som bekræfter synspunktet om kometeres aktive deltagelse i at forsyne jorden med alt det, der er nødvendigt for livets opkomst.
Imidlertid rejser kemisk udvikling mange flere spørgsmål, og for at besvare dem vil det kræve forskeres indsats over hele verden. Et komplet billede af abiogenese skal ikke kun beskrive forekomsten af nukleotider og andre organiske molekyler uden deltagelse af levende organismer, men også deres interaktion i forholdene til den tidlige jord, samspillet, der førte til dannelsen af de første celler.
Alexander Enikeev