«Ενισχύεται» η θεωρία του RNA για την εμφάνιση της ζωής στη Γη

Το μόριο RNA αποτελούνται από τέσσερα χημικά «γράμματα», τις βάσεις αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και ουρακίλη   (Φωτογραφία:  CC BY-SA 3.0 )

Η θεωρία που θέλει το RNA να ήταν το πρώτο βιολογικό μόριο που εμφανίστηκε στον πλανήτη δείχνει να ενισχύεται από τα αποτελέσματα πειράματος στη Γερμανία, το οποίο έδειξε ότι οι βασικοί δομικοί λίθοι αυτού του νουκλεϊκού οξέος παράγονται αυθόρμητα στις κατάλληλες συνθήκες.

Το RNA έχει την ιδιότητα να αντιγράφει τον εαυτό του, περίπου όπως το DNA, επιπλέον όμως έχει την ικανότητα να δρα ως καταλύτης για την επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων. Λόγω αυτών των ασυνήθιστων ιδιοτήτων, αρκετοί βιολόγοι πιστεύουν σήμερα ότι η εμφάνιση του RNA ήταν το πρώτο βήμα της εξέλιξης της ζωής στον πλανήτη.

Στους σημερινούς οργανισμούς, το RNA παράγεται από πολύπλοκους κυτταρικούς μηχανισμούς με πολλά μοριακά εξαρτήματα. Αν όμως η θεωρία είναι σωστή, τα πρώτα μόρια RNA πρέπει να εμφανίστηκαν από πολύ απλούστερες διαδικασίες.

Το 2009, η ομάδα του Βρετανού χημικού Τζον Σάδερλαντ έδειξε ότι μια σειρά χημικών αντιδράσεων που μπορεί να συνέβαιναν στη νεαρή Γη δίνουν τις βάσεις κυτοσίνη και ουρακίλη, δύο από τα τέσσερα χημικά «γράμματα» στο αλφάβητο του RNA.

Τώρα, η ομάδα του Τόμας Κάρελ στο Πανεπιστήμιο «Λούντβιχ Μαξιμίλιαν» του Μονάχου αναφέρουν στο περιοδικό «Science» ότι παρήγαγε από το μηδέν και τις δύο άλλες βάσεις του RNA, την αδενίνη και τη γουανίνη.

Το πρώτο στάδιο της διαδικασίας απαιτεί μόνο υδροκυάνιο, μια απλή ένωση που πιστεύεται ότι υπήρχε σε αφθονία στη νεαρή Γη και αποτελείται από τρία στοιχεία με βασικό ρόλο στη ζωή, το υδρογόνο, τον άνθρακα και το άζωτο.

Το υδροκυάνιο αντιδρά εύκολα με νερό και, παρουσία οξέων, δίνει τελικά αδενίνη και γουανίνη. Επιπλέον, το πείραμα έδειξε ότι οι βάσεις αυτές αντιδρούν εύκολα με ριβόζη, ένα σάκχαρο που αποτελεί το βασικό σκελετό του μορίου του RNA.

Μερικοί επιστήμονες εμφανίστηκαν ωστόσο επιφυλακτικοί, επισημαίνοντας μεταξύ άλλων ότι οι συνθήκες στις οποίες αναφέρθηκε η σύνθεση κυτοσίνη και ουρακίλη είναι διαφορετικές από τις συνθήκες που απαιτούνται για την αδενίνη και τη γουανίνη, και επομένως δεν μπορεί να συνέβαιναν ταυτόχρονα στη νεαρή Γη.

Μια εναλλακτική θεωρία είναι ότι η πρώτη ζωή εμφανίστηκε στους ωκεανούς γύρω από υδροθερμικά φρεάτια, οπές στον πυθμένα από τις οποίες αναβλύζει ενέργεια και μια πληθώρα διαφορετικών χημικών.

Πηγή : in.gr

Συνθετικά κύτταρα «μιμούνται την εμφάνιση ζωής στη Γη»

Οι πρώτοι οργανισμοί στη Γη πιστεύεται ότι χρησιμοποιούσαν RNA ως γενετικό υλικό

  (Φωτογραφία :  Wikimedia Commons )

Συνθετικά «κύτταρα» που περιέχουν μόρια RNA ως γενετικό υλικό και μπορούν να αναπαράγονται δημιουργήθηκαν από ερευνητές στις ΗΠΑ σε μια προσπάθεια να προσομοιωθεί η εμφάνιση των πρώτων ζωντανών οργανισμών του πλανήτη.

«Βρήκαμε τη λύση σε ένα παλιό πρόβλημα που αφορά την προέλευση της κυτταρικής ζωής» υποστηρίζει ο Τζακ Ζόστακ του Γενικού Νοσοκομείου της Μασαχουσέτης, επικεφαλής της μελέτης που δημοσιεύεται στο Science.

Ο Ζόστακ πειραματίζεται εδώ και καιρό με κούφια σφαιρίδια των οποίων τα τοιχώματα αποτελούνται από λιπίδια, παρόμοια με τα λιπίδια από τα οποία αποτελούνται οι εξωτερικές μεμβράνες όλων των ζωντανών κυττάρων.

Τα σφαιρίδια αυτά, ή «πρωτοκύτταρα» όπως τα περιγράφουν οι ερευνητές, μπορούν να διαιρούνται, ή να «αναπαράγονται», στο δοκιμαστικό σωλήνα υπό κατάλληλες χημικές συνθήκες. «Αυτό που λείπει [από τα σφαιρίδια] είναι γενετικό υλικό που μπορεί να αντιγράφεται» λέει ο Δρ Ζόστακ.

Στη νέα μελέτη, η ομάδα του ερευνητή αναφέρει ότι εισήγαγε σε αυτά τα πρωτοκύτταρα μόρια RNA. Οι πρώτοι οργανισμοί στη Γη πιστεύεται ότι χρησιμοποιούσαν ως γενετικό υλικό το RNA επειδή το μόριο αυτό είναι απλούστερο από το DNA και επιπλέον μπορεί θεωρητικά να δημιουργεί αντίγραφα του εαυτού του χωρίς τη βοήθεια ξεχωριστών ενζύμων.
Η θεωρία των ερευνητών θα μπορούσε να γίνει πιο πειστική αν κατάφερναν να αντικαταστήσουν το κιτρικό οξύ με αμινοξέα ή πρωτεΐνες που δημιουργούνται από αμινοξέα -τα μόρια αυτά είναι γνωστό ότι σχηματίζονται από αβιοτικές διαδικασίες και ανιχνεύονται ακόμα και στο Διάστημα.

Πράγματι, τα «πρωτοκύτταρα» του Ζόστακ μπορούν να διαιρούνται και να δίνουν δύο θυγατρικά κύτταρα, καθένα από τα οποία φέρει ένα αντίγραφο του αρχικού RNA.

Οι ερευνητές στη Μασαχουσέτη δεν είναι οι πρώτοι που πειραματίζονται με αυτή την προσέγγιση, είναι όμως οι πρώτοι που κατάφεραν να δημιουργήσουν αντίγραφα των μορίων RNA χωρίς να καταστρέψουν τη μεμβράνη των πρωτοκυττάρων.

Τα αντίγραφα του RNA συναρμολογούνται από δομικές μονάδες που ονομάζονται νουκλεοτίδια και συνδέονται στη σειρά ένα προς ένα πάνω στο πρωτότυπο μόριο RNA. Η διαδικασία αυτή απαιτεί ιόντα μαγνησίου, τα οποία όμως έχουν την τάση να αντιδρούν με τα λιπίδια της μεμβράνης και τα καταστρέφουν.

Η λύση ήταν να προστεθεί στο μείγμα ένα άλας του κιτρικού οξέος, το οποίο υπάρχει μεταξύ άλλων στο χυμό του λεμονιού. Κάθε μόριο κιτρικού συνδέεται με ένα ιόν μαγνησίου έτσι ώστε να εμποδίζει την αντίδραση με τα λιπίδια χωρίς όμως να εμποδίζει την αλληλεπίδραση με το RNA.

Η ζωή στη Γη θα ,μπορούσε ενδεχομένως να είχε ακολουθήσει την ίδια προσέγγιση, κανείς όμως δεν ξέρει αν το κιτρικό οξύ υπήρχε πράγματι στον πλανήτη πριν από 4 δισεκατομμύρια χρόνια.

Όπως το θέτει ο Δρ Ζόστακ, «ακόμα δεν έχουμε βρει κάποια απλή πρωτεΐνη που να λειτουργεί εξίσου αποτελεσματικά με το κιτρικό. Συνεχίζουμε όμως την αναζήτηση».

Πηγή : in.gr