‘Several questions about origin of life have been answered, but much remains to be studied’’ said Stanley Miller and Harold Urey way back in 1959 after reporting laboratory synthesis of amino acids in primitive earth conditions. Many advances down the line yet the scientists have long been grappling with a fundamental question – which genetic material was first to be formed on the primitive earth, ДНК or РНК, or a bit of both? There is evidence now to suggest that ДНК і РНК both may have co-existed in the primordial soup from where the life forms may have evolved with respective genetic materials.
Гэта абвяшчае цэнтральная дагма малекулярнай біялогіі ДНК робіць РНК робіць бялкі. Вавёркі are responsible for majority, if not all the reactions taking place in an organism. The entire functionality of an organism is majorly dependent upon their presence and interaction of бялок molecules. According to central dogma, бялкі are produced by the information contained in ДНК which is converted to functional бялок via a messenger called RNA. However, it is possible that бялкі themselves can survive independently without any ДНК or РНК, as is the case with prions (misfolded бялок molecules that do not contain ДНК or РНК), but can survive on their own.
Такім чынам, можа быць тры сцэнары ўзнікнення жыцця.
A) If the бялкі or its building blocks were able to form abiotically during the atmosphere that existed billions of years ago in primordial soup, бялкі can be termed as the basis of паходжанне жыцця. Эксперыментальныя доказы ў яго карысць прыходзяць з вядомага эксперыменту Стэнлі Мілера1, 2, які паказаў, што калі сумесь метану, аміяку, вады і вадароду змешваюцца разам і цыркулююць міма электрычнага разраду, утвараецца сумесь амінакіслот. Гэта было яшчэ раз пацверджана праз сем гадоў3 in 1959 by Stanley Miller and Harold Urey stating that the presence of reducing atmosphere in primordial earth gave rise to synthesis of арганічны compounds in the presence of above-mentioned gases plus smaller amounts of carbon monoxide and carbon dioxide. The relevance of Miller-Urey experiments was questioned by the scientific fraternity for a number of years, who thought that the gas mixture used in their research was too reducing with respect to the conditions that existed on primordial Earth. A number of theories pointed towards a neutral atmosphere containing an excess of CO2 with N2 and water vapor4. Аднак нейтральная атмасфера таксама была ідэнтыфікавана як верагоднае асяроддзе для сінтэзу амінакіслот5. Акрамя таго, для бялкі to act as origins of life, they need to self-replicating leading to a combination of different бялкі to cater to different reactions taking place in an organism.
Б) Калі першабытны суп забяспечваў умовы для будаўнічых блокаў ДНК і / або РНК to be formed, then either of these could have been the genetic material. The research until now favoured РНК to be the genetic material for the origin of life forms due to their capability of folding upon itself, existing as a single strand and acting as an enzyme6, capable of making more РНК molecules. A number of self-replicating RNA enzymes7 have been discovered over the years suggesting РНК to be the starting genetic material. This was further strengthened by the research performed by John Sutherland’s group that led to the formation of two bases of RNA in an environment similar to primordial soup by including phosphate in the mixture8. Утварэнне будаўнічых блокаў РНК таксама было паказана шляхам мадэлявання аднаўляльнай атмасферы (змяшчае аміяк, угарны газ і ваду), падобнай да той, якая выкарыстоўвалася ў эксперыменце Мілера-Юры, а затым прапускаючы праз іх электрычныя разрады і магутныя лазеры.9. If RNA is to be believed to be the originator, then when and how did ДНК and proteins come into being? Did ДНК develop as a genetic material later because of the unstable nature of RNA and proteins followed suit. Answers to all these questions still remain unanswered.
C) Трэці сцэнар, што ДНК і РНК могуць суіснаваць у першапачатковым супе, які прывёў да зараджэння жыцця, узнік з даследаванняў, апублікаваных 3rd June 2020 by John Sutherland’s group from the MRC Laboratory at Cambridge, UK. The researchers simulated the conditions that existed on a primordial Earth billions of years ago, with shallow ponds in the lab. They first dissolved chemicals that form РНК in water, followed by drying and heating them and then subjecting them to UV radiation that simulated sun’s rays existing in primordial time. This not only led to the synthesis of the two building blocks of РНК але і з ДНК, suggesting that both nucleic acids co-existed at the time of origin of life10.
Зыходзячы з сучасных ведаў, якія існуюць сёння і ўшаноўваючы цэнтральную догму малекулярнай біялогіі, здаецца праўдападобным, што ДНК і РНК існавалі разам, што прывяло да зараджэння жыцця і адукацыі бялкоў пазней.
Аднак аўтар жадае выказаць здагадку іншы сцэнар, калі ўсе тры важныя біялагічныя макрамалекулы, г.зн. ДНК, РНК і бялок існавалі разам у першапачатковым супе. Брудныя ўмовы, якія існавалі ў першабытным супе, уключаючы хімічную прыроду зямной паверхні, вывяржэнні вулканаў і наяўнасць такіх газаў, як аміяк, метан, угарны газ, вуглякіслы газ разам з вадой, магчыма, былі ідэальнымі для фарміравання ўсіх макрамалекул. Намёк на гэта дае даследаванне, праведзенае Ферусам і соавт., дзе ў той жа аднаўленчай атмасферы ўтварыліся нуклеасновы.9 выкарыстаны ў эксперыменце Мілера-Юры. Калі верыць у гэтую гіпотэзу, то ў ходзе эвалюцыі розныя арганізмы пераймалі той ці іншы генетычны матэрыял, які спрыяў іх існаванню.
Аднак, калі мы спрабуем зразумець паходжанне формаў жыцця, патрабуецца шмат далейшых даследаванняў, каб адказаць на фундаментальныя і актуальныя пытанні аб тым, як зарадзілася і распаўсюджвалася жыццё. Гэта запатрабуе «нестандартнага» падыходу, не абапіраючыся на якія-небудзь забабоны, унесеныя ў наша мысленне цяперашнімі догмамі, якія прытрымліваюцца ў навуцы.
***
Спасылкі:
1. Мілер С., 1953. Вытворчасць амінакіслот у магчымых прымітыўных умовах Зямлі. Навука. 15 мая 1953 г.: вып. 117, выпуск 3046, с. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Пребиотический суп-перагляд эксперыменту Мілера. навука 02 мая 2003 г.: Вып. 300, выпуск 5620, с. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Мілер SL і Urey HC, 1959. Сінтэз арганічных злучэнняў на першабытнай Зямлі. Навука 31 ліпеня 1959 г.: Вып. 130, выпуск 3370, с. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Кастынг JF, Говард MT. 2006. Склад атмасферы і клімат на ранняй Зямлі. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361: 1733–1741 (2006). Апублікавана:07 верасня 2006 г. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH і інш 2008. Пераацэнка пребиотического арганічнага сінтэзу ў нейтральных планетарных атмасферах. Orig Life Evol Biosph 38: 105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. The intervening sequence РНК of Tetrahymena is an enzyme. Science 31 Jan 1986: Vol. 231, Issue 4737, pp. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J і інш 2011. Рыбазім-каталізуецца транскрыпцыя актыўнага рибозима. навука 08 крас.: Вып. 332, Выпуск 6026, С. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Сінтэз актываваных пиримидиновых рибануклеотидов ў пребиотически верагодных умовах. Прырода 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Фарміраванне нуклеасноў у аднаўленчай атмасферы Мілера-Юры. ПНАС 25 красавіка 2017 г. 114 (17) 4306-4311; упершыню апублікавана 10 красавіка 2017 г. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Selective prebiotic formation of RNA pyrimidine and ДНК purine nucleosides. Nature 582, 60–66 (2020). Published: 03 June 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
