نحن نقترب من إعادة إنشاء الخطوة الأولى في تطور الحياة

إن الهدف من فهم كيف أن الجزيئات الخاملة التي أدت إلى الحياة هو خطوة واحدة ، وفقًا للباحثين الذين أنشأوا نظامًا من جزيئات الحمض النووي الريبي التي يمكن أن تكرر نفسها جزئيًا. يقولون إنه ينبغي أن يكون في يوم من الأيام تحقيق التكرار الذاتي الكامل لأول مرة.

RNA هو جزيء رئيسي عندما يتعلق الأمر بأصول الحياة ، حيث يمكنه تخزين معلومات مثل الحمض النووي وتحفيز التفاعلات مثل البروتينات. على الرغم من أنها ليست فعالة مثل أي من هذين ، فإن حقيقة أنه يمكن أن يفعل كلا كلا الباحثين يعتقدون أن الحياة بدأت بجزيئات الحمض النووي الريبي التي كانت قادرة على تكرار أنفسهم. يقول جيمس أتوتر من جامعة كوليدج لندن: “كان هذا هو الجزيء الذي كان يدير علم الأحياء”.

لكن خلق جزيئات الحمض النووي الريبي التكرار ذاتيا أثبتت صعوبة. يمكن أن تشكل الحمض النووي الريبي حلزانات مزدوجة مثل الحمض النووي ويمكن نسخها بنفس الطريقة ، عن طريق تقسيم حلزون مزدوج في اثنين وإضافة رسائل الحمض النووي الريبي إلى كل حبلا لإنشاء حلزتين متطابقين. تكمن المشكلة في أن حلزانات RNA المزدوجة تلتصق بقوة بحيث يصعب إبقاء الخيوط منفصلة لفترة طويلة بما يكفي للسماح بالتكرار.

الآن ، وجد Attwater وزملاؤه أن مجموعات من ثلاثة رسائل من الحمض النووي الريبي – ثلاثة توائم – تربط بقوة بما يكفي لمنع إعادة صياغة الخيوط. يقول Attwater ، أن ثلاثة هي البقعة الحلوة ، حيث من المحتمل أن تكون مجموعات أطول قد أخطأت. لذلك ، في نظام الفريق ، يتم خلط إنزيم الحمض النووي الريبي في شكل حلافع مزدوجة مع ثلاثة توائم.

يتكون المحلول الحمضي والدفء إلى 80 درجة مئوية (176 درجة فهرنهايت) لفصل الحلزون ، مما يسمح للثلاثي بالاقتران. ثم يتم تصنيع المحلول القلوي وتبريده إلى -7 درجة مئوية (19 درجة فهرنهايت). مع تجميد الماء ، يصبح السائل المتبقي مركّزًا للغاية ويصبح إنزيم الحمض النووي الريبي نشطًا وينضم إلى ثلاثة توائم ، ويشكل حبلا جديدًا.

حتى الآن ، لم يتمكن الباحثون إلا من تكرار ما يصل إلى 30 رسالة من إنزيم الحمض النووي الريبي الذي يبلغ طوله 180 حرفًا ، لكنهم يعتقدون أنه من خلال تحسين كفاءة الإنزيم ، يمكنهم تحقيق تكرار كامل.

يقول Attwater هذا “نظام الجزيء البسيط للغاية” لديه بعض الخصائص المثيرة للاهتمام. أحدهما هو الارتباط المحتمل بين حروف الحمض النووي الريبي الثلاثي والرمز الثلاثي المستخدم لتحديد تسلسل البروتينات في الخلايا اليوم. يقول: “قد تكون هناك علاقة بين كيفية استخدام البيولوجيا لنسخ الحمض النووي الريبي وكيف تستخدم البيولوجيا الحمض النووي الريبي اليوم”.

والأكثر من ذلك ، وجد الفريق أن الثلاثيات الأكثر عرضة للمشاركة في النسخ المتماثل هي تلك التي تربط بقوة. يُعتقد أن الرمز الوراثي الأول يتكون من هذه المجموعة من ثلاثة توائم – رابط آخر مثير للاهتمام.

يعتقد الباحثون أن نوع الظروف اللازمة لدفع هذه العملية قد يحدث بشكل طبيعي. نظرًا لأنها تتطلب المياه العذبة ، فمن الأرجح أن يحدث على الأرض ، ربما في نظام الطاقة الحرارية الأرضية.

يقول Attwater: “يمكن العثور على المكونات على الأرض اليوم – يمكن أن تحتوي Iceland Hot Springs على PHS مختلطة ، بما في ذلك بعضها الحمضي مثل تلك التي نستخدمها”.

يقول زاكاري آدم من جامعة ويسكونسن ماديسون: “تخدم توائم النوكليوتيدات RNA وظائف إعلامية محددة للغاية في الترجمة في جميع الخلايا”. “هذه الورقة مثيرة للاهتمام لأنها قد تشير إلى دور كيميائي بحت-وظيفة غير مفيدة-بالنسبة لثلاثي النوكليوتيدات الحمض النووي الريبي التي كان يمكن أن تخدمها قبل ظهور خلية حية.”