اولین ژن بر روی زمین ممکن است ترکیبی

DNA و RNA دو عمده اشکال مدرن از کد ژنتیکی زیر بنای همه از جهل و زیست شناسی می تواند coexisted سخت جفت در سیاره ما قبل از زندگی به وجود آمد در اینجا دانشمندان در انگلستان و اسکاتلند و لهستان می گویند. با استفاده از هیدروژن سیانید مبتنی بر سیستم شیمیایی در نظر گرفته شده به تقلید از شرایط زمین و تاریخ اولیه محققان ساخته شده و چهار پایگاه مولکولی “نامه” از الفبای ژنتیکی. صحافی با هم, این پایگاه شکل توالی ژنی که سلولهای ترجمه به پروتئین است. اما با کمال تعجب این تیم نشان داد که از چهار پایگاه آزمایش های خود را به طور مداوم ساخته شده است دو نفر در یک فرم موجود در DNA در حالی که دو نفر دیگر بودند که از یک نوع دیده می شود در RNA.

مطالعه منتشر شده در طبیعت و انجام شده توسط جان ساترلند از شورای تحقیقات پزشکی آزمایشگاه زیست شناسی مولکولی در کمبریج انگلستان و همکاران خود را بیشتر تضعیف می کند به اصطلاح RNA جهان فرضیه. این ایده بلند یکی از برجسته ترین در ریشه های زندگی تحقیق فرض میکند که RNA تشکیل اساس گاه زیست کره زمین به مدت طولانی قبل از DNA و دیگر مولکول های مهم برای زندگی پدید آمده است. در عین حال به تاریخ اندک شواهد یافت شده است از مسیرهای شیمیایی به RNA-سیستم منحصر به فرد است که سفت و سخت نسخه از ایده اتخاذ و یا که می تواند منجر به DNA است. “مردم تمایل دارند به فکر می کنم از RNA به عنوان پدر و مادر از DNA” ساترلند می گوید. “این [مقاله] نشان می دهد که آنها مولکولی خواهر و برادر.”

دانشمندان دیگر که نه درگیر با مطالعه سوال و معقول از شرایط مورد استفاده در این هیدروژن سیانید بر اساس مسیر ، فرانسیس Westall مدیر exobiology گروه در مرکز ملی تحقیقات علمی مرکز مولکولی بیوفیزیک در Orléans, اشاره می کند که تشکیل این پایگاه بسیار نیاز به شرایط خاص. مخلوط خواهد نیاز به خشک کردن و در معرض نور ماوراء بنفش—دو با مانع بیشتر به راحتی غلبه بر زمین خشک بود که در تامین کوتاه مدت در سیاره ما را اقیانوس ها پوشیده از اوایل روز بیش از چهار میلیارد سال پیش. “این شرایط قطعا وجود داشته است در اوایل زمین” Westall می گوید. “آنها را نداشته اند که مشترک به دلیل وجود ندارد که بسیار در معرض خشکی.” اگر چه او می افزاید که این مطالعه “باهوش” و “نه به طور کامل غیر ممکن است,” او به این نتیجه میرسد که “دیگر وجود دارد بهتر فرضیه به عنوان مکان برای ظهور زندگی و زیستی مولکول.”

استدلال در مورد معقول را به ستوه آورده شیمی مبتنی بر تلاش برای درک زندگی را آغازی بر روی زمین از اوایل 1950s, زمانی که محققان آمریکایی استنلی میلر و Harold Urey انجام شده نقطه عطفی آزمایش. این جفت ارز شبیه سازی اثرات رعد و برق در اوایل جو زمین و اقیانوس با تحریک تخلیه الکتریکی در بطری حاوی هیدروژن و آب و آمونیاک و متان. اگر چه خود را آزمایش معروف تولید قابل ملاحظه آلی مولکول حیاتی برای بیوشیمی برای چند دهه دیگر محققان مورد بحث معقول از شرایط آن است. با این وجود میلر و Urey کار نشان داد که آن را نسبتا ساده را مهم موادی مانند اسیدهای آمینه که لینک به شکل پروتئین است که انجام بی شمار توابع درون سلول های زنده. ارتباط خاص به ریشه زندگی مطالعات پروتئین می تواند به عنوان کاتالیزور افزایش و بالا بردن سرعت دیگر واکنش های شیمیایی که در غیر این صورت بیش از حد کند و یا ناکارآمد به موجه رخ می دهد. اما پروتئین ها نه تنها ممکن است کاتالیزور در پشت ظهور حیات بر روی زمین.

در کار است که در نهایت خالص در سال 1989 جایزه نوبل در شیمی, زیست شناس مولکولی سیدنی آلتمن و زیست شیمیدان توماس چک یافت که RNA طولانی در نظر گرفته شده صرفا یک واسطه حامل اطلاعات ژنتیکی است که در خدمت به DNA—همچنین می توانید رفتار به عنوان یک کاتالیزور است. RNA جهان فرضیه نشان می دهد که این مولکول می تواند خود تکرار را قادر می سازد در اوایل تکامل قبل از وجود DNA و پروتئین است. این ایده با این حال “یک overzealous overenthusiastic پاسخ به درخشان کشف” ساترلند می گوید.

که پاسخ ممکن است آمده اند تا حدودی به دلیل به خالص شیمیدان به نظر می رسد آسان برای جهش از RNA به DNA است. برای ایجاد زنجیره طولانی ما اغلب مارپیچ به DNA را یاد دو مارپیچ پایگاه های اول متصل به یک “ستون فقرات” از مولکول های قند. این ترکیب را تشکیل می دهند ترکیبات نوکلئوزید: deoxyribonucleotides در DNA و ribonucleosides در RNA—که بر خلاف DNA آن پسر عموی شکل یک مارپیچ. این ترکیبات نوکلئوزید آیا استفاده از قند یا سوکروز بلکه ریبوز در RNA و deoxyribose در DNA (مختلف قندها به هر یک از مواد آن برای اولین بار اولیه). تمایز بین این دو قند نوع کوچک است: فقط یک اکسیژن و یک اتم هیدروژن. در عین حال که تفاوت کافی است به صورت DNA و RNA را متمایز بیولوژیکی نقش. و biochemically از بین بردن اتم است که به مراتب سخت تر از به سادگی پاک کردن حروف به نمایندگی از آنها در یک نوت بوک.

یکی دیگر از نقص در RNA جهان ایده شده است مشکل از ساخت ریبوز در این شرایط که احتمالا وجود داشته است در اوایل زمین—و سپس آن را برای اتصال به یک پایگاه است. ساترلند و همکارانش در نتیجه بیشتر احتمال دارد به دنبال راه هایی برای ایجاد ریبوز قند و ribonucleosides. یکی از مهمترین رویکردهای متکی بر دو گاز بوده است نسبتا فراوان در این سیاره در اوایل جو: هیدروژن سولفید و هیدروژن سیانید. هنگامی که محلول در آب غرق در نور ماوراء بنفش و در معرض چرخه خشک کردن این ترکیبات ساده تولید کرده اند بسیاری از مولکول های پیچیده. آنها شامل اسیدهای آمینه و گلیسرول های ستون فقرات از مولکول های چرب است که می تواند به شکل سلول های دیوار بیرونی.

ساترلند در زمان این رویکرد یک گام بیشتر از سال گذشته است. کار با Ramanarayanan Krishnamurthy تیم در موسسه تحقیقاتی اسکریپس در لا Jolla, کالیفرنیا., او و همکارانش نشان داد که ribonucleosides cytidine و uridine می تواند تبدیل به deoxyribose و نوکلئوزید و deoxyadenosine. در حال حاضر — در درجه اول از طریق تلاش های اعضای تیم Jianfeng زو و واسلاو Chmela هر دو پس از آن در آزمایشگاه زیست شناسی مولکولی—محققان ساخته شده اند و حتی بیشتر پیشرفت است. آنها مخلوط برخی از متوسط مولکول ها از این تیم مطالعات قبلی با املاح از جمله نیترات سدیم و کلرید منیزیم که می توانست شایع بر خاستگاهی زمین و سپس در معرض آنها را به شرایط اسیدی و حرارت بود. از طریق این مراحل دانشمندان دو راه ممکن برای اضافه کردن یک چهارم پایگاه های کمتر رایج نوکلئوزید اینوزین به خود موجود در مجموعه. علاوه بر این به اندازه کافی به چهار حرف الفبای ژنتیکی است که در آن هر پایه در یک رشته را به طور انحصاری جفت با یکی دیگر از سه حرف دوم رشته که پایه-جفت شدن متمم است چگونه مدرن RNA و DNA کار می کند. اما در این آزمایش دو حرف آمد از RNA و دو آمد از DNA است.

ترتیب “نشان می دهد که شیمی به RNA و DNA نیست به عنوان های مختلف به عنوان مردم فکر” ساترلند می گوید. “مردم تمایل دارند به فکر می کنم از RNA آینده قبل از DNA و به نوعی پس از آن گرفته شده ، این به نظر من نشان می دهد که این امکان وجود دارد که شما می توانید داشته اند RNA-DNA ترکیبی که پس از آن می تواند منجر به دو مولکول.” ساترلند تیم هنوز مونتاژ فرد ترکیبات نوکلئوزید و ribonucleosides به زنجیره طولانی ، انجام این کار مهم است چون نشان می دهد که ترکیبی رشته واقعا می تواند فرم و اتصال به یک شریک رشته بسیار مهم است برای حرکت این ایده فراتر از حدس و گمان است.

این یک مسئله کلیدی برای نیکلاس Hud یک ریشه-از-زندگی محقق در موسسه فناوری جورجیا بود که نه درگیر در مطالعه است. او خواستار آن را “عالی تالیف شیمی آلی تحقیق” در آب بر اساس نوکلئوزید سنتز. اما Hud متقاعد شده است که این مقاله حل که آیا این ترکیبات نوکلئوزید در واقع به وجود آمد قبل از موجودات زنده است. تحقیقات خود نشان می دهد اسیدهای آمینه می تواند در ارتباط اند تا برای حمل اطلاعات و عمل به عنوان یک کاتالیزور قبل از RNA. Hud فکر می کند تکامل خواهد پس از آن به تدریج تولید فعلی ژنتیکی سیستم بیش از امتداد زمین شناسی زمان. “اگر یک مولکول به نظر می رسد بسیار دشوار است از یک ماده شیمیایی دیدگاه را هنوز توابع آن را کاملأ پیچیده در زیست شناسی و سپس آن را احتمالا مورد که از آن شده است در طول زمان تکامل” او می گوید. به همین دلیل او نیز شک و تردید در مورد RNA جهان فرضیه.

بعلاوه Hud می بیند مطالعه جدید تکیه بر سفت و سخت افزایشی مراحل انجام شده در نظم دقیق و تحت شرایط کنترل شده با دقت به عنوان یک ضعف قابل توجهی. اگر منظور از مراحل تغییر و یا محصولات خاص بودند جدا نمی ساترلند و همکاران او می توانست بسیار کمتر از این مواد آنها علاقه مند هستند در هود می گوید. که نکته را کاهش می دهد احتمال این سناریو اتفاق می افتند در هرج و مرج اطراف اولیه زمین است.

ساترلند اذعان می کند که وجود ندارد یک ماشین زمان برای سفر به زندگی واقعی ریشه در سیاره ما “معقول است که همه چیز” در این rarefied زمینه پژوهش است. حتی پس از او بصورتی پایدار و محکم پشت تیم خود را کار بر روی ایجاد مسیرهای شیمیایی به زندگی بلوک های ساختمان. “بسیاری وجود دارد, بسیاری از انگشت اشاره در هیدروژن سیانید” ساترلند ادعا میکند. “آیا آن را اثبات کند که این اتفاق افتاد از هیدروژن سیانید? آن را نشانی از آن را ثابت نمی کند. اما آن را به اندازه کافی خوب برای من است.”

tinyurlis.gdclck.ruulvis.netshrtco.de