Chemici in München hebben aangetoond dat de afwisseling van natte en droge omstandigheden op de vroege aarde voldoende had kunnen zijn om de prebiotische synthese van de RNA-nucleosiden die in alle domeinen van het leven worden aangetroffen, op gang te brengen.

Terwijl het begrip van de omstandigheden op de vroege aarde groeit, de ontwikkeling van RNA en DNA zo'n 4 miljard jaar geleden is nog steeds in nevelen gehuld. Wat was de oorsprong van de chemische structuren die de subeenheden vormen van wat we nu kennen als erfelijke moleculen RNA en DNA? Deze moleculen schakelden vervolgens in lange ketens die niet alleen informatie codeerden, maar ook reproduceerden en doorgaven:hoe is dat allemaal begonnen? De zoektocht is begonnen om meer te weten te komen over de chemische evolutie die voorafging aan de eerste biologische cellen.

Onderzoek uitgevoerd aan de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) in München, Duitsland, gedeeltelijk ondersteund door het EPiR-project van de EU, heeft gewerkt aan deze fascinerende leemte in onze kennis en de nieuwste bevindingen van het team zijn nu gepubliceerd in Natuur . Door eenvoudige chemicaliën bloot te stellen aan het soort fluctuerende fysieke omstandigheden die miljarden jaren geleden in geothermisch actieve gebieden van onze planeet zouden hebben geheerst, zoals die veroorzaakt door vulkanische activiteit, onderzoekers hebben aangetoond dat nucleosiden kunnen worden gevormd in een continu proces.

Levensverwekkende ketel van ingrediënten

Ze begonnen met een mengsel van de elementen waarvan in het verleden is aangetoond dat ze eenvoudige voorlopers vormen in probiotische omstandigheden:mierenzuur, natriumnitraat, azijnzuur en enkele stikstofhoudende verbindingen. Het reactiemengsel bevatte ook ijzer en nikkel, die beide in overvloed in de aardkorst worden gevonden. Vervolgens onderwierpen ze de partij aan temperatuurschommelingen, pH en vochtigheid om vroege omstandigheden na te bootsen, zoals die als gevolg van sterk wisselende seizoenstemperaturen.

Het team bouwde voort op het werk van vorig jaar door niet alleen te beginnen met eenvoudigere voorloperverbindingen, maar ervoor kiezen om omstandigheden te repliceren die naar verwachting zouden heersen in een plausibele geologische omgeving, zoals hydrothermale bronnen op het land.

Door deze ingrediënten samen te voegen en ze te onderwerpen aan de omstandigheden die de geologie en meteorologie van de vroege aarde nabootsen, het team ontdekte dat een reeks reacties aanleiding gaven tot verbindingen die formamidopyrimidines worden genoemd - een cruciale ontdekking omdat deze verbindingen kunnen veranderen in adenosine en guanosine, die beide worden gevonden in DNA. Er werd ook een hele reeks verwante moleculen gesynthetiseerd.

De onderzoekers schrijven, "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." Op basis van hun resultaten geloven de onderzoekers dat de verbindingen hoogstwaarschijnlijk aanwezig waren in de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle levensvormen. Dit op zijn beurt, ze beweren, '(...) suggereert dat deze verbindingen beschikbaar moeten zijn geweest op de vroege aarde toen de biologische evolutie begon."

EU-steun helpt bij het ontrafelen van de mysteries van de oorsprong van het leven op aarde

De geavanceerde subsidie ​​van de EU aan EPiR (The Chemical Basis of RNA Epigenetics) helpt bij het ondersteunen van onderzoek naar de rol van chemie bij de ontwikkeling van het vroege leven. EPiR legt uit dat de genetische code bestaat uit een gedefinieerde reeks van vier canonieke nucleosiden en de reeks van deze basen draagt ​​de blauwdrukken van al het leven op aarde. Het is duidelijk dat deze sequentie-informatie alleen niet voldoende is om te verklaren hoe een meercellig organisme gespecialiseerde cellen kan vormen, zoals de 200 bekende celtypen van een menselijk lichaam.

Dit, EPiR legt uit, vereist een tweede informatielaag en het is gebleken dat deze informatielaag sterk op chemie is gebaseerd. Er zijn meer dan 150 chemische derivaten van RNA-nucleosiden bekend en nog veel meer wachten op ontdekking. Daarom doet EPiR onderzoek naar RNA-modificaties om hun functies te ontcijferen.