RNA was waarschijnlijk het eerste informatieve molecuul. Nutsvoorzieningen, chemici van de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) in München hebben aangetoond dat afwisseling van natte en droge omstandigheden voldoende had kunnen zijn om de prebiotische synthese van de RNA-nucleosiden die in alle domeinen van het leven worden aangetroffen, aan te sturen.

Hoe kunnen de chemische structuren die de basissubeenheden van RNA en DNA vormen, zo'n 4 miljard jaar geleden uit eenvoudiger uitgangsmateriaal zijn gevormd? Onder welke voorwaarden zouden deze bouwstenen dan kunnen worden gekoppeld aan lange ketens die informatie coderen en verspreiden door zelfreproductie? Er zijn veel mogelijke scenario's voorgesteld voor de fase van chemische evolutie die voorafging aan de opkomst van de eerste biologische cellen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers onder leiding van LMU-chemicus professor Thomas Carell hebben deze modellen uitgebreid door een plausibele route aan te tonen voor de prebiotische synthese van de nucleosiden die de informatieve componenten van RNA vormen.

specifiek, Carell en zijn collega's hebben aangetoond dat nucleosiden kunnen worden gevormd in een continu proces door eenvoudige chemicaliën bloot te stellen aan de soorten fluctuerende fysieke omstandigheden die zouden hebben geheerst in geothermisch actieve gebieden die worden gekenmerkt door vulkanische activiteit op de vroege aarde. Ze beginnen met een mengsel van mierenzuur, azijnzuur, natriumnitriet en enkele stikstofhoudende verbindingen, waarvan eerder is aangetoond dat ze zich vormen uit nog eenvoudigere voorlopers onder prebiotische omstandigheden. Het reactiemengsel bevatte ook nikkel en ijzer, die in grote hoeveelheden in de aardkorst voorkomen. De drijvende kracht voor de chemische reacties wordt geleverd door schommelingen in temperatuur en pH, samen met nat/droog cycli, zoals die voorkomen in de buurt van periodiek actieve warmwaterbronnen of in sterk seizoensgebonden klimaten met afwisselende perioden van neerslag en verdamping.

De kern van het proces is een reeks reacties die aanleiding geven tot verbindingen die formamidopyrimidines worden genoemd, die op hun beurt kunnen worden omgezet in de canonieke purines (adenosine en guanosine) die in RNA worden gevonden. In een vorig jaar verschenen paper Carell en zijn team beschreven deze FaPy-route voor het eerst als een mogelijk chemisch scenario voor de prebiotische synthese van nucleosiden. "Deze keer, we zijn niet alleen begonnen met eenvoudigere voorloperverbindingen, maar koos voor omstandigheden die naar verwachting zouden heersen in een plausibele geologische omgeving, zoals hydrothermale bronnen op het land, " legt Sidney Becker uit, een doctoraat student in Carell's groep en eerste auteur van de studie. De krant is nu verschenen in Natuurcommunicatie .

De canonieke purine nucleosiden gevonden in RNA werden gesynthetiseerd in de nieuwe experimenten, samen met een hele reeks nauw verwante moleculen. Nog opvallender, Van alle waargenomen modificaties is bekend dat ze voorkomen in RNA's in alle drie de levensdomeinen - eukaryota (dieren en planten), bacteriën en archaea - en zijn daarom essentiële componenten van functionele genetische systemen. Vandaar, ze waren hoogstwaarschijnlijk al aanwezig in de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle levensvormen. Dit suggereert dat deze verbindingen op de vroege aarde beschikbaar moeten zijn geweest toen de biologische evolutie begon. Inderdaad, de auteurs van de nieuwe studie suggereren dat de niet-canonieke nucleosiden een cruciale rol kunnen hebben gespeeld in de fase van chemische evolutie die voorafging aan de opkomst van de RNA-wereld, een term die verwijst naar een hypothetische periode waarin RNA-moleculen worden verondersteld te hebben gediend als chemische katalysatoren naast het opslaan van genetische informatie in oercellen. In dit licht gezien, de RNA-modificaties die in de huidige organismen worden aangetroffen, vertegenwoordigen moleculaire fossielen die al miljarden jaren blijven deelnemen aan vitale biologische functies.