Toen de aarde werd geboren, het was een troep. Meteoren en bliksemstormen hebben waarschijnlijk het oppervlak van de planeet gebombardeerd waar niets anders dan levenloze chemicaliën zou kunnen overleven. Hoe het leven werd gevormd in deze chemische chaos is een mysterie van miljarden jaren oud. Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie levert bewijs dat de eerste bouwstenen mogelijk overeenkwamen met hun omgeving, begint rommeliger dan eerder werd gedacht.

Het leven is opgebouwd uit drie hoofdcomponenten:RNA en DNA - de genetische code die, zoals bouwmanagers, programmeren hoe cellen te runnen en te reproduceren - en eiwitten, de arbeiders die hun instructies uitvoeren. Waarschijnlijk, de eerste cellen hadden alle drie de stukken. Overuren, ze groeiden en repliceerden, concurreren in het spel van Darwin om de diversiteit van het leven van vandaag te creëren:bacteriën, schimmels, wolven, walvissen en mensen.

Maar eerst, RNA, DNA of eiwitten moesten ontstaan ​​zonder hun partners. Een veel voorkomende theorie, bekend als de "RNA World"-hypothese, stelt voor dat omdat RNA, in tegenstelling tot DNA, kan zichzelf repliceren, dat molecuul kan eerst zijn gekomen. Terwijl recente studies ontdekten hoe de nucleotiden van het molecuul - de A, C, G en U die de ruggengraat vormen - zouden gevormd kunnen zijn uit chemicaliën die op de vroege aarde beschikbaar waren, sommige wetenschappers geloven dat het proces misschien niet zo'n eenvoudig pad was.

"Jaren geleden, het naïeve idee dat er poelen van pure geconcentreerde ribonucleotiden op de primitieve aarde aanwezig zouden kunnen zijn, werd door Leslie Orgel bespot als 'de droom van de moleculaire bioloog, '" zei Jack Szostak, een Nobelprijswinnaar, hoogleraar scheikunde en chemische biologie en genetica aan de Harvard University, en een onderzoeker aan het Howard Hughes Medical Institute. "Maar hoe relatief modern homogeen RNA kon ontstaan ​​uit een heterogeen mengsel van verschillende uitgangsmaterialen was onbekend."

In een paper gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society , Szostak en collega's presenteren een nieuw model voor hoe RNA had kunnen ontstaan. In plaats van een schoon pad, hij en zijn team stellen een Frankenstein-achtig begin voor, waarbij RNA groeit uit een mengsel van nucleotiden met vergelijkbare chemische structuren:arabino-deoxy- en ribonucleotiden (ANA, DNA, en RNA).

In de chemische smeltkroes van de aarde, het is onwaarschijnlijk dat automatisch een perfecte versie van RNA is gevormd. Het is veel waarschijnlijker dat veel versies van nucleotiden samensmolten om patchwork-moleculen te vormen met stukjes van zowel modern RNA als DNA, evenals grotendeels ter ziele gegane genetische moleculen, zoals ANA. Deze chimaera's, zoals de monsterlijke hybride leeuw, adelaar en slangenwezens uit de Griekse mythologie, kunnen de eerste stappen zijn geweest in de richting van het huidige RNA en DNA.

"Moderne biologie vertrouwt op relatief homogene bouwstenen om genetische informatie te coderen, " zei Seohyun Kim, een postdoctoraal onderzoeker in de chemie en eerste auteur op het papier. Dus, als Szostak en Kim gelijk hebben en Frankenstein-moleculen eerst kwamen, waarom evolueerden ze naar homogeen RNA?

Kim stelde ze op de proef:hij zette potentiële oerhybriden op tegen modern RNA, het handmatig kopiëren van de chimera's om het proces van RNA-replicatie te imiteren. Zuiver RNA, hij vond, is gewoon beter - efficiënter, precieser, en sneller - dan zijn heterogene tegenhangers. In een andere verrassende ontdekking, Kim ontdekte dat de chimere oligonucleotiden, zoals ANA en DNA, RNA hadden kunnen helpen om het vermogen om zichzelf te kopiëren te ontwikkelen. "Intrigerend, " hij zei, "Van sommige van deze variante ribonucleotiden is aangetoond dat ze compatibel zijn met of zelfs gunstig zijn voor het kopiëren van RNA-templates."

Als de efficiëntere vroege versie van RNA zich sneller zou reproduceren dan zijn hybride tegenhangers, overuren, het zou zijn concurrenten overtreffen. Dat is wat het Szostak-team theoretiseert dat er gebeurde in de oersoep:hybriden groeiden uit tot modern RNA en DNA, die toen hun voorouders overtrof en, eventueel, overgenomen.

"Er was geen oerpool van pure bouwstenen nodig, " zei Szostak. "De intrinsieke chemie van RNA-kopiërende chemie zou resulteren, overuren, bij de synthese van steeds homogenere stukjes RNA. De reden voor dit, zoals Seohyun zo duidelijk heeft aangetoond, is dat wanneer verschillende soorten nucleotiden strijden om het kopiëren van een sjabloonstreng, het zijn de RNA-nucleotiden die altijd winnen, en het is RNA dat wordt gesynthetiseerd, geen van de verwante soorten nucleïnezuren."

Tot dusver, het team heeft slechts een fractie van de mogelijke variant nucleotiden getest die beschikbaar zijn op de vroege aarde. Dus, zoals die eerste stukjes rommelig RNA, hun werk is nog maar net begonnen.