Kuvittele tämä: on noin neljä miljardia vuotta sitten, ja maapallolla ei vielä ole soluja. Ei kalvoja, jotka eristäisivät mitään. Vain kiehuvaa, kuumaa, kemiallisesti vihamielistä molekylien keitosta. Jostain syystä, jossain, RNA:n – molekyylit, joka kuljettaa geneettisiä ohjeita – on selviydyttävä, löydettävä muita RNA-molekyylejä ja aloitettava se kemiallinen prosessi, joka lopulta johtaisi elämään sellaisena kuin sen tunnemme.
Miten tarkalleen ottaen näin tapahtui? Se on yksi tieteen suurimmista arvoituksista, ja rehellisesti sanottuna se, että olemme täällä ihmettelemassa sitä, on melkein hämmentävää, kun ajattelee kaikkia niitä vastoja, jotka on täytynyt voittaa.
Buffalon yliopiston tutkijat ovat juuri löytäneet jotain kiehtovaa, mikä saattaa auttaa selittämään koko ilmiön. Ja kuulepas – kyse on kirjaimellisesti YHDEN happiatomin tasolla.
Varhaisen elämän kanan ja munan ongelma
Tässä on RNA:n ydin: se on hauras. Jos se altistuu liian suurelle lämmölle, happamuudelle tai ankarille kemikaaleille, se hajoaa. Varhaisella maapallolla nämä olosuhteet olivat kaikkialla.
Mutta RNA:n on myös vuorovaikutuksessa muiden RNA-molekylien kanssa tehdäkseen mitään kiinnostavaa – kuten replikoitumisen, katalysoidakseen reaktioita tai lopulta johtaakseen ensimmäisiin proteiineihin ja lopulta DNA:han. Ennen kuin soluja oli, ei ollut kalvoa, joka pitäisi RNA-molekyylit yhdessä paikassa. Ne vain diffundoituivat laajaan valtavaan mereen, tuskin koskaan törmäten toisiinsa.
Miten RNA sitten saattoi järjestäytyä tarpeeksi käynnistääkseen elämän?
Tervetuloa pisarat
Tutkijat ovat jo pitkään epäilleet, että RNA saattoi muodostaa omanlaisensa suojakompartmentteja – pisaroita, jotka toimivat kuin pienet nestemäiset kuplat ilman kalvoja. Ajattele saladingin öljypisaroita, mutta RNA:sta ja vedestä koostuvia.
Nämä pisarat voisivat keskittää RNA-molekyylit yhteen paikkaan, lisäten niiden vuorovaikutuksen todennäköisyyttä. Ne tarjoaisivat myös jonkinlaista suojaa ankaraa ympäristöä vastaan. Kysymys oli: miksi RNA on niin hyvä muodostamaan näitä pisaroita?
Tässä uudet tutkimustulokset astuvat kuvaan.
Pieni kemiallinen salaisuus
Tässä on se, mikä minut kiehtoo tässä tutkimuksessa. RNA ja DNA kuvataan usein samankaltaisiksi molekyyleiksi – DNA on pitkäaikainen varasto, RNA on viestinviejä. Mutta kemiallisesti ne eroavat vain yhdestä pienestä ominaisuudesta.
Jokaisessa RNA:n sokeriyksikössä on niin kutsuttu 2'-hydroksyyliryhmä (lyhyesti 2'-OH). DNA:n sokerissa ei ole tätä – siinä on sen sijaan vetyatomi. Puhumme siis kirjaimellisesti yhdestä happiatomista, joka on kiinnittynyt vetyyn, tehden RNA:sta hieman monimutaisemman kuin DNA.
Yksi. Happiatomi.
Siinä se.
Ja silti tämä pieni ero näyttää olevan ratkaiseva tekijä sille,能否 RNA muodostaa nämä suojapisarat.
Kokeet, jotka paljastivat kaiken
Tutkimusryhmä vertasi, miten RNA ja DNA käyttäytyvät kuumennettaessa. He käyttivät samoja geneettisiä sekvenssejä molemmille, joten ainoa ero oli se happiatomi.
He havaitsivat jotain merkittävää: RNA alkoi muodostaa pisaroita noin 10 °C alhaisemmassa lämpötilassa kuin DNA. Kymmenen ast