Forestill deg: Det er jorden, for omtrent fire milliarder år siden. Det finnes ingen celler ennå. Ingen membraner til å inneholde noe. Bare en hvirvlende, varm, kjemisk fiendtlig suppe av molekyler. Og på en eller annen måte, et eller annet sted, må RNA – molekylet som bærer genetiske instruksjoner – overleve, finne andre RNA-molekyler og begynne å utføre den kjemien som til slutt ville lede til livet slik vi kjenner det.
Hvordan skjedde egentlig det? Det er et av vitenskapens største puslespill, og ærlig talt, det faktum at vi er her for å undre oss over det, er ganske overveldende når man tenker på alle oddsene som måtte bli beseiret.
Nå, forskere ved University at Buffalo har nettopp funnet noe fascinerende som kanskje kan hjelpe til med å forklare hele greien. Og hør på dette – det kommer ned til bokstavelig talt ÉN oksygenatom.
Det kylling-og-egg-problemet for tidlig liv
Saken er denne: RNA er skjørt. Eksponer det for for mye varme, surhet eller harde kjemikalier, og det brytes ned. På den tidlige jorden var disse forholdene overalt.
Men RNA må også samhandle med andre RNA-molekyler for å gjøre noe interessant – som å replikere seg, eller katalysere reaksjoner, eller til slutt lede til de første proteinene og til slutt DNA. Før celler eksisterte, fantes det ingen membran til å holde RNA-molekylene sammen på ett sted. De ville bare diffundere bort i det enorme havet, knapt nok kollidere med hverandre.
Så hvordan kunne RNA ha blitt organisert nok til å starte livet?
Enters dråpene
Vitenskapsmenn har en stund mistenkt at RNA kanskje har dannet sine egne beskyttende kompartementer – dråper som fungerer som små flytende bobler uten membraner. Tenk på oljedråper i salatsaus, men laget av RNA og vann.
Disse dråpene kunne konsentrere RNA-molekyler på ett punkt, og øke sannsynligheten for at de ville samhandle. De ville også tilby en viss beskyttelse mot det harde miljøet. Spørsmålet var: hvorfor er RNA så bra på å danne disse dråpene i utgangspunktet?
Det er her den nye forskningen kommer inn.
Et lite kjemisk hemmelighet
Her er hva som absolutt fascinerer meg ved denne studien. RNA og DNA blir ofte beskrevet som lignende molekyler – DNA er den langsiktige lagringen, RNA er budbringeren. Men kjemisk skiller de seg bare ved én liten egenskap.
Hver sukkereenhet i RNA har noe som kalles en 2'-hydroksylgruppe (eller 2'-OH for kort). DNA-sukkeret har ikke dette – det har bare et hydrogenatom der i stedet. Så vi snakker bokstavelig talt om et enkelt oksygenatom bundet til et hydrogen, noe som gjør RNA bare litt mer komplekst enn DNA.
Én. Oksygen. Atom.
Det er det.
Og likevel ser denne lille forskjellen ut til å være en game-changer for om RNA kan danne disse beskyttende dråpene.
Eksperimentene som avslørte alt
Forskningsteamet sammenlignet hvordan RNA og DNA oppfører seg når de varmes opp. De brukte de samme genetiske sekvensene for begge, så den eneste forskjellen var det oksygenatomet.
Det de fant var bemerkelsesverdig: RNA begynte å danne dråper ved temperaturer omtrent 10 °C lavere enn DNA. Ti grader høres kanskje ikke mye ut, men i kjemi er det faktisk enormt. Det betyr at RNA har en betydelig sterkere tendens til å kondensere og danne disse strukturene.
Men det blir enda mer interessant.
Når RNA dannet dråper, ville molekylene inni koble seg til hverandre og skape sammenkoblede nettverk. Etter hvert som disse nettverkene vokste, ville dråpene skifte fra å være flytende – som tynt honning – til noe mer som en gel. Den gel-aktige tilstanden kunne ha gitt enda bedre beskytt