באורגניזמים חיים כיום, מולקולות מורכבות כמו RNA ו- DNA בנויים בעזרת אנזימים. אז איך היו המולקולות הללו לפני שהחיים (ואנזימים) היו קיימים? מדוע מולקולות מסוימות הסתיימו כאבני הבניין של החיים ולא אחרות? מחקר חדש שנערך על ידי מדעני מחקר סקריפס עוזר לענות על שאלות ארוכות שנים אלה.
התוצאות, שפורסמו בכתב העת Chemistry Journal Angewandte Chemie ב- 27 ביוני 2025, מופע כיצד אולי ריבוז הפך לסוכר שבחירה להתפתחות RNA. הם גילו כי ריבוז נקשר לרכיב מולקולרי פוספט-נוסף של RNA-Hore במהירות וביעילות מאשר מולקולות סוכר אחרות. תכונה זו יכולה הייתה לעזור לבחור ריבוז להכללה במולקולות החיים.
זה נותן אמינות לרעיון שסוג זה של כימיה פרביוטי יכול היה לייצר את אבני הבניין של RNA, אשר אז יכול היה להוביל לגורמים המציגים תכונות מלאות חיים. "
Ramanarayanan Krishnamurthy, הסופר המקביל, פרופסור לכימיה במחקר סקריפס
נוקלאוטידים, אבני הבניין של RNA ו- DNA, מורכבים ממולקולת סוכר בת חמש פחמן (ריבוז או deoxyribose) המחויבת לקבוצת פוספט ולבסיס מבוסס חנקן (החלק של המולקולה המקודדת מידע, למשל, A, C, G או U). המחקר של קרישנמורתי נועד להבין כיצד המולקולות המורכבות הללו יכולות היה להתעורר על כדור הארץ הקדמוני. באופן ספציפי, מחקר זה התמקד בזרחן, הצעד בבניית נוקליאוטידים בו ריבוז מתחבר לקבוצת הפוספטים.
"זרחן הוא אחד הכימיסטים הבסיסיים של החיים; זה חיוני למבנה, תפקוד ומטבוליזם", אומר קרישנמורתי. "רצינו לדעת, האם זרחן יכול גם למלא תפקיד מהותי בתהליך הקדמוני שהתחיל את כל הדברים האלה?"
מהעבודה הקודמת, הצוות ידע ש- Ribose יכול להיות זרחתי בשילוב עם מולקולת תורמת פוספט הנקראת Diamidophosphate (DAP). במחקר זה הם רצו לדעת אם סוכרים אחרים ודומים יכולים גם לעבור תגובה זו, או שמא יש משהו מיוחד ב- Ribose.
כדי לבדוק זאת, החוקרים השתמשו בתגובות כימיות מבוקרות כדי לחקור כמה מהר ויעילות ריבוז מזרזת על ידי DAP לעומת שלוש מולקולות סוכר אחרות עם אותה איפור כימי אך צורה שונה (ערבינוז, Lyxose ו- Xylose). לאחר מכן, הם השתמשו בטכניקה אנליטית הנקראת ספקטרוסקופיה של תהודה מגנטית גרעינית (NMR) כדי לאפיין את המולקולות המיוצרות על ידי כל תגובה.
הם הראו שלמרות ש- DAP הצליחה לזרחן את כל ארבעת הסוכרים, היא זרחנית את ריבוז בקצב מהיר בהרבה. בנוסף, התגובה עם ריבוז הביאה אך ורק במבנים בצורת טבעת עם חמש פינות (למשל, טבעות 5 חברים), ואילו הסוכרים האחרים יצרו שילוב של טבעות 5- ו 6 חברים.
"זה באמת הראה לנו שיש הבדל בין ריבוז לשלושת הסוכרים האחרים", אומר קרישנמורתי. "ריבוז לא רק מגיב מהר יותר מהסוכרים האחרים, זה גם סלקטיבי יותר לצורת הטבעת של חמישה חברים, שהיא במקרה הצורה שאנו רואים ב- RNA ו- DNA היום."
כאשר הוסיפו DAP לפיתרון המכיל כמויות שוות של ארבעת הסוכרים השונים, הוא מעדיף ריבוז זרחני. ואילו שלושת הסוכרים האחרים "נתקעו" בנקודת ביניים בתגובה, חלק גדול ממולקולות הריבוז הומרו לצורה שעלולה להגיב עם בסיס גרעיני ליצירת נוקלאוטיד.
"מה שקיבלנו היה 2 ב -1: הראינו שריבוז זרחן באופן סלקטיבי מתערובת של סוכרים, והראינו גם שתהליך סלקטיבי זה מייצר מולקולה עם צורה שתורמת לייצור RNA", אומר קרישנמורתי. "זה היה בונוס. לא ציפינו שהתגובה תשהה את הבמה יתרון לייצור נוקלאוטידים."
החוקרים מזהירים כי גם אם תגובות אלה יכולות להתרחש באופן אביו, זה לא אומר שהן התגובות שהביאו בהכרח לחיים.
"לימוד סוגים אלה של כימיה עוזר לנו להבין איזה סוג של תהליכים עשויים להוביל למולקולות המהוות את החיים כיום, אך איננו טוענים כי הבחירה הזו היא זו שהובילה ל- RNA ו- DNA, מכיוון שזו די קפיצה", אומר קרישנמורתי. "יש הרבה דברים אחרים שצריכים לקרות לפני שתגיע ל- RNA, אבל זו התחלה טובה."
במחקר עתידי, הצוות מתכנן לבדוק אם תגובה כימית זו יכולה להתרחש בתוך מבנים סלולריים פרימיטיביים הנקראים "פרוטוקלים".
"השאלה הבאה היא, האם ניתן להעשיר את ריבוז באופן סלקטיבי בפרוטוקול, והאם הוא יכול להגיב עוד יותר לייצור נוקליאוטידים בתוך פרוטוקול?" אומר קרישנמורתי. "אם נוכל לגרום לזה לקרות, זה עלול לייצר מספיק מתח בכדי לאלץ את הפרוטוקול לצמוח ולהתחלק – וזה בדיוק מה שעומד בבסיס האופן בו אנו צומחים."
בנוסף לקרישנמורתי, המחקר "בחירת האיזומר של ריבופורנוזה בקרב פנטוזות על ידי זרחן עם דידידופוספט", נכתב יחד על ידי הרולד א. קרוז ממחקר סקריפס.
העבודה נתמכה על ידי מענק האקסוביולוגיה של האסטרוביולוגיה של נאס"א (80NSSC22K0509).
