3 Minuten
Gyvybės Kilmės Kilme: Pirmosios Savireplikuojančios Molekulės Paieškos
Gyvybės atsiradimo paslaptis jau šimtmečius domina mąstytojus – nuo filosofų ir teologų iki šiuolaikinių mokslininkų. Šiandien tyrėjai peržengia mitus ir metaforas, ieškodami molekulinių pagrindų, lėmusių gyvų sistemų atsiradimą Žemėje prieš milijardus metų. Į šių mokslinių paieškų esmę patenka mokslininkų pastangos sukurti pirmuosius molekulių replikatorius, gebančius patys daugintis – šią savybę laikoma esmine biologinės evoliucijos pradžiai.
RNR Pasaulio Hipotezė: Pagrindinė Evolicijos Biologijos Teorija
Viena iš labiausiai pripažintų gyvybės atsiradimą aiškinančių teorijų yra RNR pasaulio hipotezė. Evolicijos biologų teigimu, ankstyvojoje Žemėje – prieš maždaug keturis milijardus metų – šimtus milijonų metų galėjo dominuoti pasaulis, kuriame pagrindinį vaidmenį atliko ribonukleorūgšties (RNR) molekulės. Teorija teigia, kad šios savireplikuojančios RNR molekulės egzistavo anksčiau nei DNR ir baltymai, veikdamos kaip genetinės informacijos nešėjos ir kaip cheminės reakcijos katalizatoriai.
Nors ši hipotezė moksliškai patraukli, ji susiduria su dviem svarbiais iššūkiais. Pirma, biologai dar nėra aptikę jokių šių pradinės RNR replikatorių pėdsakų ar tiesioginių palikuonių dabartiniuose gyvybės pavidaluose. Antra, mokslininkai vis dar nėra atkurę realistiško ir efektyvaus RNR savireplikacijos kelio sąlygomis, kurios atitiktų priešgyvybines Žemės aplinkybes.
Laboratorijos Proveržis: RNR Savireplikacija Priešgyvybinėmis Sąlygomis
Naujausias Londono Universiteto koledžo (UCL) ir MRC Molekulinės Biologijos laboratorijos mokslininkų tyrimas, publikuotas žurnale Nature Chemistry, siekia įveikti antrąjį pagrindinį iššūkį. Tyrėjai sukūrė naują eksperimentinį metodą, leidžiantį priartėti prie primityvios RNR replikacijos atkūrimo laboratorijoje.
Mokslininkų komanda naudojo specialiai sukurtus „trinukleotidus“ – tris nukleotidinius blokelius, kurių gamtoje šiandien nebepasiekiame. Pritaikius tam tikrus rūgštingumo, temperatūros ir vandens ciklus, tyrėjai sugebėjo išskleisti įprastai labai stabilią RNR dvigubą spiralę. Užšaldžius mišinį susidarė ledo kristalai, tarp kurių liko skysčio kanalai. Juose trinukleotidai stabilizavo atskirtas RNR grandines ir neleido joms vėl greitai susijungti.
Palaipsniui šildant ir kruopščiai reguliuojant tirpalo pH, mokslininkai fiksavo kelis RNR grandinių replikacijos ciklus. Galų gale sintetinės RNR molekulės tapo pakankamai ilgos, kad išryškėtų su gyvybe siejamos savybės – žingsnis link gyvybės kilmės supratimo.
Ekspertų Įžvalgos: Trinukleotidų ir Aplinkos Ciklų Reikšmė
Dr. James Attwater, UCL grupės vadovas, pabrėžė pasirinktos strategijos svarbą: „Trinukleotidai – trijų raidžių RNR statybiniai blokai, kurių šiuolaikinėje biologijoje nebematome, tačiau jie palengvina replikacijos procesą. Ankstyvosios gyvybės formos veikiausiai labai skyrėsi nuo mums žinomų organizmų.“ Jis taip pat atkreipė dėmesį, kad laboratorijoje atkurtos aplinkos permainos, kaip temperatūros ir rūgštingumo svyravimai, galėjo natūraliai vykti ankstyvojoje Žemės aplinkoje – tiek dienos ir nakties temperatūrų skirtumuose, tiek aktyviose geoterminėse vietovėse.
Poveikis, Apribojimai ir Tolesni Keliai Gyvybės Kilmės Tyrimuose
Šis pasiekimas tęsia UCL novatoriškų tyrimų tradiciją, tarp kurių ir 2017 m. atliktas darbas apie cheminius procesus, lėmusius pirmųjų RNR struktūrų susidarymą Žemėje. Naujasis proveržis suteikia galimybę detaliai tyrinėti, kokiomis sąlygomis ir mechanizmais funkcinė RNR galėjo daugintis pati – tai būtina, kad chemija virstų biologija.
Anot tyrimo bendraautoriaus Dr. Philipp Holliger iš MRC laboratorijos, „Gyvybė nuo grynos chemijos skiriasi informacija – molekuline atmintimi, užkoduota genetinėje medžiagoje ir perduodama iš kartos į kartą. Kad šis perdavimas vyktų, informacija turi būti kopijuojama, t. y. replikuojama.“
Šiame eksperimente tyrėjams pavyko nukopijuoti apie 17 procentų tiriamos RNR grandinės (apie 30 iš 180 bazių). Nors tai nėra pilnas rezultatas, jis rodo, kad efektyvi, fermentais pagrįsta RNR replikacija gali būti pasiekiama tobulinant metodus. Įdomu tai, kad tyrimas parodė, jog replikacijai kenkia druskinga aplinka – tačiau gėlo vandens ežerai ir geoterminiai tvenkiniai, kurių galėjo būti ankstyvojoje Žemėje, buvo palankūs šiam procesui.
Išvada
Nauji tyrimo rezultatai suteikia vertingos informacijos apie tai, kaip galėjo susiformuoti savireplikuojanti RNR, padėjusi pagrindus gyvybės evoliucijai mūsų planetoje. Nors lieka klausimų, pavyzdžiui, kaip užtikrinti visiškai autonomišką ir pilną RNR replikaciją, šis darbas pateikia svarbius eksperimentinius įrodymus RNR pasaulio hipotezei ir gilina mūsų supratimą apie molekulinį perėjimą iš paprastos chemijos į kompleksišką gyvybę. Gyvybės kilmės paslapčių tyrimai tęsiami, pasitelkiant inovatyvią laboratorinę mokslą ir tarpdisciplininį bendradarbiavimą.
Kommentare