Un experiment „uriaș” sugerează cum a început viața pe Pământ

Acum, un progres important susține acest lucru Teoria lumii ARNOamenii de știință de la Institutul Salk pentru Studii Biologice din La Jolla, California, spun o mică, dar esențială parte a poveștii. În eprubete, ele sunt Faza moleculei de ARN Care a fost capabil să facă copii precise ale unui alt tip de acid ribonucleic (ARN).

Această lucrare, publicată în jurnalul Proceedings of the National Academy of Sciences, îi aduce mai aproape de marele obiectiv de a crește o moleculă de ARN care să facă copii exacte ale ei înșiși.

„Atunci ar fi în viață”, a spus Gerald Joyce, președintele Salk și unul dintre autorii noii lucrări. „Așadar, aceasta este calea către modul în care viața ar putea apărea în laborator sau, în principiu, oriunde în univers.”

Echipa este încă departe de a dovedi că așa a început viața pe Pământ, dar scenariul pe care îl propun este că așa a început viața pe Pământ. Probabil că imită una dintre cele mai vechi mișcări ale evoluției, un concept descris de naturalistul englez Charles Darwin cu mai bine de 150 de ani în urmă.

„Este o piatră de temelie spre înțelegerea modului în care a evoluat viața”, a spus Nikolaos Papastavrou, primul autor al lucrării și bursier postdoctoral la Salk.

Pentru a ajunge la acest punct, oamenii de știință au depășit poate cel mai mare obstacol în calea plauzibilității teoriei ARN World. Până acum, nicio moleculă de ARN din laborator nu a reușit să facă copii ale altor ARN suficient de precise și eficiente.

Molecula de ARN trebuie să facă copii foarte apropiate de original pentru a obține același echilibru delicat care guvernează evoluția darwiniană în natură. Dacă transcrierile se schimbă prea mult, capacitățile ARN-ului se deteriorează, iar lucrurile merg în jos rapid. Imaginați-vă o cameră defectă care creează o versiune neclară sau estompată a imaginii. Când este introdusă într-o mașină, copia obscure produce o copie nouă, mai proastă.

„Dacă rata de eroare este prea mare, nu veți putea susține [genetic] — Informații, spuse Joyce. „Pur și simplu explodează.” Greșelile au loc prea repede pentru a permite selecției darwiniene să aleagă câștigătorii, cei mai bine echipați pentru a supraviețui, iar „runda după rundă de evoluție vede populația risipindu-se în pământul nimănui”.

Deși transcrierea ar trebui să fie foarte bună, nu poate fi perfectă tot timpul. Fără spațiu pentru erori, ARN-ul nu s-ar putea adapta atunci când mediul său se schimbă, așa cum fac organismele în sălbăticie. Imaginați-vă, de exemplu, o pisică sfinx fără păr care încearcă să supraviețuiască pe măsură ce temperaturile scad și lumea se îndreaptă către o nouă eră glaciară. În acest scenariu puțin probabil, pisica va trebui să-și schimbe rapid natura fără păr.

Caracatițele și calmarii își pot rescrie propriul ARN. De asta sunt atât de deștepți?

În noua lucrare, oamenii de știință de la Salk au creat un ARN care face copii ale așa-numitului ARN cap de ciocan. În loc să copieze alte molecule de ARN, capul de ciocan le taie. Când ARN-ul a făcut copii ale capului-ciocan, fiecare nouă generație mai putea tăia; Copierea fiecăruia dintre ele a devenit, de asemenea, mai ușoară.

John Chabot, profesor de științe farmaceutice la Universitatea din California, Irvine, care nu a fost implicat în studiu, a numit depășirea acestui prag de către echipa Salk „uriașă”, adăugând că „la început, am privit-o ca un pic de o afacere mare.” Un pic de falcă. …Este foarte elegant.

Pentru a arăta că ARN-ul lor a fost mai bun la copiere, echipa Salk a testat o copie a celei de-a 71-a generații împotriva unuia dintre strămoșii săi îndepărtați. Cea mai recentă generație și-a depășit predecesorul când vine vorba de realizarea de copii exacte.

„În general, cred că este un mare pas înainte” pentru teoria ARN World, a spus Claudia Bonvieux, lider de grup junior la Universitatea din Strasbourg din Franța, care nu a fost implicată în studiu.

Bonfieu, care cercetează originea vieții în ultimul deceniu, a subliniat că „domeniul a devenit un pic mai expansiv” imaginându-și un început în care a existat nu numai ARN-ul, ci și alte blocuri ale vieții. ceilalti Acestea pot include lipide, care fac parte din membrana celulară, aminoacizi și compuși organici găsiți în proteine.

În acest scenariu alternativ, a spus Bonfieu, diferitele blocuri de construcție rezidă în camere într-un fel de versiune primitivă a unei celule.

Într-un răspuns prin e-mail, Joyce a spus: „Sunt de acord cu punctul Claudiei că ar putea fi mai multe [primordial] O supă doar de ARN. Evoluția pe bază de ARN poate să fi început în compartimentele lipidice, pe suprafețele minerale sau în asociere cu alte molecule.

Punctul central, a spus Joyce, este că „evoluția darwiniană a intrat în cele din urmă în joc” și, la un moment dat, la începutul istoriei vieții, acidul ribonucleic (ARN) a jucat rolurile cruciale de a păstra informațiile genetice și de a accelera reacțiile chimice necesare pentru a produce. copii.din acele informatii. .

Michael Kay, profesor de biochimie la Universitatea din Utah, a numit noul studiu „un progres foarte interesant” care a oferit teoriei cercetătorilor ARN „o dovadă cheie”. [to show] „Este rezonabil și rezonabil.” El a adăugat că transcriptaza ARN dezvoltată la Salk „va oferi un instrument valoros pentru oamenii care doresc să efectueze experimente de evoluție direcționată”.

Evoluția direcționată, uneori numită evoluție în eprubetă, este un proces de laborator care le permite oamenilor de știință să imite evoluția prin direcționarea moleculelor de la o generație la alta, permițând moleculelor să obțină îmbunătățiri care le ajută să supraviețuiască.

Deși experimentele din noua lucrare au durat doi ani, lui Joyce și colegilor săi i-a luat aproape 10 ani pentru a deschide calea, ridicând cu răbdare generație după generație de molecule de ARN.

Dacă oamenii de știință reușesc să producă ARN care se poate copia singur, evoluția ar putea continua în mare măsură de la sine.

„Tot ce trebuie să facem este să îi oferim o aprovizionare constantă cu cele patru elemente de bază”, a spus Joyce. ARN, ca și ADN-ul, constă din patru baze chimice, dintre care trei sunt omoloage ambelor: adenină, citozină și guanină. Pentru a patra componentă, ARN conține baza uracil, în timp ce a patra componentă din ADN este timina.

Versiunea de laborator a evoluției ar permite moleculelor de ARN să se adapteze pe măsură ce oamenii de știință schimbă temperatura sau mediul.

„Cel mai distractiv este să introducem noi substanțe chimice care depășesc cele patru baze din ARN și să vedem ce poate face evoluția cu acele baze”, a spus Joyce.

„Odată ce evoluția a început pe Pământ, uită-te la toate lucrurile uimitoare pe care le-au inventat”, a spus el.