Föreställ dig: det är jorden, för ungefär fyra miljarder år sedan. Inga celler finns ännu. Inga membran som innesluter något. Bara en virvlande, het, kemiskt fientlig soppa av molekyler. Och på något sätt, någonstans, måste RNA – molekylen som bär genetisk information – överleva, hitta andra RNA-molekyler och börja utföra den kemi som så småningom skulle leda till livet som vi känner det.
Hur exakt hände det? Det är ett av vetenskapens största mysterier, och ärligt talat är det faktum att vi är här för att undra över det ganska häpnadsväckande när man tänker på alla odds som måste besegras.
Nå, forskare vid University at Buffalo har nyligen upptäckt något fascinerande som kan hjälpa till att förklara allt. Och tänk på detta – det handlar bokstavligen om EN syreatom.
Det klassiska kyckling-ägg-problemet för tidigt liv
Saken med RNA är att det är skört. Utsätt det för för mycket värme, surhet eller hårda kemikalier, så bryts det ner. På den tidiga jorden fanns dessa överallt.
Men RNA behöver också interagera med andra RNA-molekyler för att göra något intressant – som att replikera, katalysera reaktioner eller så småningom leda till de första proteinerna och slutligen DNA. Innan celler fanns, fanns det inget membran för att hålla RNA-molekylerna samlade på ett ställe. De skulle bara diffundera bort i den enorma oceanen, knappt någonsin krocka med varandra.
Så hur kunde RNA organisera sig tillräckligt för att starta igång livet?
Dropparna kommer in i bilden
Forskare har ett tag misstänkt att RNA kanske har bildat sina egna skyddande kompartemang – droppar som fungerar som små flytande bubblor utan membran. Tänk på oljedroppar i salatsdressing, men gjorda av RNA och vatten.
Dessa droppar kunde koncentrera RNA-molekyler på en plats, vilket ökar chanserna att de interagerar. De kunde också erbjuda viss skydd mot den hårda miljön. Frågan var: varför är RNA så bra på att bilda dessa droppar från början?
Det är här den nya forskningen kommer in.
Ett litet kemiskt hemlighet
Det som absolut fascinerar mig med denna studie är följande. RNA och DNA beskrivs ofta som liknande molekyler – DNA är den långsiktiga lagringen, RNA är budbäraren. Men kemiskt skiljer de sig åt av bara en liten detalj.
Varje sockerenhet i RNA har något som kallas en 2'-hydroxylgrupp (eller 2'-OH för kort). DNAs socker har inte detta – den har bara en väteatom där istället. Så vi pratar bokstavligen om en enda syreatom bunden till en väteatom, vilket gör RNA bara lite mer komplext än DNA.
En. Syre. Atom.
Det är allt.
Ändå verkar denna lilla skillnad vara avgörande för om RNA kan bilda dessa skyddande droppar.
Experimenten som avslöjade allt
Forskningsteamet jämförde hur RNA och DNA beter sig när de värms upp. De använde samma genetiska sekvenser för båda, så den enda skillnaden var den där syreatomen.
Det de fann var anmärkningsvärt: RNA började bilda droppar vid temperaturer ungefär 10 °C lägre än DNA. Tio grader kanske inte låter mycket, men inom kemin är det faktiskt enormt. Det betyder att RNA har en avsevärt starkare benägenhet att kondensera och bilda dessa strukturer.
Men det blir ännu mer intressant.
När RNA bildade droppar, skulle molekylerna inuti kopplas till varandra och skapa sammanlänkade nätverk. När dessa nätverk växte, skulle dropparna förändras från att vara flytande – som tunn honung – till något mer som en gel. Detta gel-liknande tillstånd kunde ha erbjudit ännu bättre skydd för RNA inuti, ungef