Imaginează-ți: este Pământul, acum aproximativ patru miliarde de ani. Încă nu există celule. Nu există membrane care să conțină ceva. Doar o supă moleculară învârtită, fierbinte și chimic ostilă. Și cumva, undeva, ARN-ul—molecula care transportă instrucțiunile genetice—trebuie să supraviețuiască, să găsească alte molecule de ARN și să înceapă să realizeze chimia care ar duce în cele din urmă la viața așa cum o cunoaștem astăzi.
Cum exact s-a întâmplat asta? Este una dintre cele mai mari enigme ale științei, și sincer, faptul că suntem aici să ne mirăm despre acest lucru este cumva uluitor când te gândești la toate șansele care au trebuit să fie învinse.
Ei bine, cercetătorii de la Universitatea din Buffalo tocmai au descoperit ceva fascinant care ar putea ajuta la explicarea întregului proces. Și ascultă bine—totul se reduce literal la UN atom de oxigen.
Problema oului și a găinii în viața timpurie
Iată despre ce este vorba cu ARN-ul: este fragil. Expus la prea multă căldură, aciditate sau substanțe chimice dure, se descompune. Pe Pământul timpuriu, aceste condiții erau peste tot.
Dar ARN-ul trebuie, de asemenea, să interacționeze cu alte molecule de ARN pentru a face ceva interesant—cum ar fi replicarea, catalizarea reacțiilor sau, în final, conducerea către primele proteine și apoi către ADN. Înainte de existența celulelor, nu exista nicio membrană care să mențină moleculele de ARN împreună într-un singur loc. Ele se difuzau pur și simplu în vastul ocean, lovindu-se rar unele de altele.
Deci cum ar fi putut ARN-ul să se organizeze suficient pentru a declanșa viața?
Intră în scenă picăturile
Cercetătorii bănuiesc de ceva timp că ARN-ul ar fi putut forma propriul tip de compartimente protectoare—picături care acționează ca mici bule lichide fără membrane. Gândește-te la picăturile de ulei din dressingul pentru salată, dar făcute din ARN și apă.
Aceste picături ar fi putut concentra moleculele de ARN într-un singur punct, crescând șansele ca acestea să interacționeze. Ele ar fi oferit, de asemenea, o anumită protecție împotriva mediului ostil. Întrebarea era: de ce este ARN-ul atât de bun în a forma aceste picături în primul rând?
Aici intervine noua cercetare.
Un mic secret chimic
Iată ce mă fascinează absolut în această studiu. ARN-ul și ADN-ul sunt adesea descrise ca molecule similare—ADN-ul este depozitarea pe termen lung, ARN-ul este mesagerul. Dar chimic, ele diferă prin doar o mică trăsătură.
Fiecare unitate de zahăr din ARN are ceva numit grup 2'-hidroxil (sau 2'-OH pentru scurt). Zahărul din ADN nu are acest lucru—are în schimb un atom de hidrogen acolo. Deci vorbim literal despre un singur atom de oxigen atașat unui hidrogen, făcând ARN-ul doar puțin mai complex decât ADN-ul.
Un. Atom. De oxigen.
Atât.
Și totuși, această mică diferență pare a fi decisivă pentru capacitatea ARN-ului de a forma acele picături protectoare.
Experimentele care au dezvăluit totul
Echipa de cercetători a comparat comportamentul ARN-ului și al ADN-ului atunci când sunt încălzite. Au folosit aceleași secvențe genetice pentru ambele, astfel încât singura diferență era acel atom de oxigen.
Ceea ce au descoperit a fost remarcabil: ARN-ul începea să formeze picături la temperaturi cu aproximativ 10°C mai scăzute decât ADN-ul. Zece grade nu par mult, dar în chimie, este de fapt enorm. Înseamnă că ARN-ul are o tendință mult mai puternică de a se condensa și de a forma aceste structuri.
Dar devine și mai interesant.
Când ARN-ul forma picături, moleculele din interior se conect