כימאים ב- UCL ובמעבדת MRC לביולוגיה מולקולרית הוכיחו כיצד RNA (חומצה ריבונוקלאית) עשויה לשכפל את עצמה על כדור הארץ המוקדם – תהליך מפתח במקור החיים.
מדענים מאמינים כי בצורות החיים המוקדמות ביותר, חומר גנטי היה מועבר ומשוכפל על ידי גדילי RNA, לפני ש- DNA וחלבונים יצאו אחר כך והשתלטו עליהם.
עם זאת, קבלת גדילי RNA לשכפול במעבדה בצורה פשוטה – כלומר, שהיו סבירה שיכולה להתרחש כבר בתחילת החיים – הוכיחה אתגרי. RNA Strands רוכסן לסליל כפול החוסם את שכפולם. כמו סקוטש, קשה להתפרק וממהרים להיצמד לאחור, ולא להשאיר זמן להעתיק אותם.
במחקר המתואר ב כימיה טבעיתהחוקרים התגברו על בעיה זו באמצעות שלוש אותיות אבני בניין של "משולש" RNA במים והוספת חומצה וחום, שהפרידו בין הסליל הכפול. לאחר מכן הם נטרלו וקפאנו את הפיתרון. בפערים נוזליים בין גבישי הקרח, הם ראו כי אבני הבניין המשולש ציפו את גדילי ה- RNA ועצרו אותם מלהתמודד יחד – מה שמאפשר לשכפול לקרות.
על ידי הפשרה והתחלת המחזור שוב, שינויים חוזרים ונשנים ב- pH ובטמפרטורה – שעלולים להתרחש באופן סביר בטבע – אפשרו ל- RNA לשכפל שוב ושוב, כאשר גדילי RNA מספיק זמן כדי לקבל תפקיד ביולוגי ולמלא תפקיד במקור החיים.
ד"ר פיליפ הוליגר (מעבדת MRC לביולוגיה מולקולרית), שהוביל את המחקר, אמר: "החיים מופרדים מכימיה טהורה על ידי מידע, זיכרון מולקולרי המקודד בחומר הגנטי המועבר מדור לדור. כדי להתרחש תהליך זה, יש להעתיק את המידע, כלומר לשכפל אותו,". "
הסופר הראשי ד"ר ג'יימס אטווטר (UCL Chemistry ומעבדת MRC לביולוגיה מולקולרית) אמרו: "שכפול הוא בסיסי לביולוגיה. במובן מסוים, זו הסיבה שאנחנו כאן. אבל שםאין זכר בביולוגיה של המשכפל הראשון.
"אפילו האורגניזם החד-תאי שהוא האב הקדמון של כל החיים הידועים, האב הקדמון המשותף האוניברסלי האחרון (LUCA), הוא ישות די מורכבת, ומאחוריה טמונה הרבה היסטוריה אבולוציונית שמוסתרת מאיתנו.
"הניחוש הטוב ביותר שלנו הוא שהחיים המוקדמים מנוהלים על ידי מולקולות RNA. אבל בעיה גדולה להשערה זו היא שאנחנו מקפידיםלא הצליח להשיג מולקולה של RNA כדי לשכפל את עצמה באופן שיכול היה להתרחש לפני שהחיים החלו לפני מספר מיליארד שנה.
"אנחנו יכוליםזה לא מסתמך על אנזים מורכב שיעשה זאת, כפי שקורה בביולוגיה כיום. זה צריך להיות פיתרון הרבה יותר פשוט. התנאים המשתנים שהנדסנו יכולים להופיע באופן טבעי, למשל עם מחזורי טמפרטורה של לילה ויום, או בסביבות גיאותרמיות בהן סלעים חמים עומדים באווירה קרה.
"שלישייה או אבני בניין בת שלוש אותיות של RNA בו השתמשנו, המכונה טרינוקלאוטידים, אינם מתרחשים כיום בביולוגיה, אך הם מאפשרים שכפול קל בהרבה. צורות החיים המוקדמות ביותר עשויות להיות שונות לגמרי מכל החיים שאנו יודעים עליהם.
"המודלים של מינים ביולוגיים שאנו מנסים לבנות צריכים להיות פשוטים מספיק כדי שיצאו מהכימיה של כדור הארץ המוקדם."
בעוד העיתון מתמקד אך ורק בכימיה, צוות המחקר אמר כי התנאים שיצרו עשויים לחקות באופן סביר את אלה בבריכות או אגמים של מים מתוקים, במיוחד בסביבות גיאותרמיות בהן חום מתוך כדור הארץ הגיע אל פני השטח.
עם זאת, שכפול זה של RNA לא יכול היה להתרחש בהקפאה והפשרה של מי מלח, שכן נוכחותו של מלח מפריעה לתהליך הקפאה ומונעת אבני בניין RNA להגיע לריכוז הנדרש לשכפול גדילי RNA.
אמנם ריכוז גבוה של RNA יכול להתרחש גם באמצעות אידוי, למשל שלולית המתאדה בטמפרטורות חמות, מולקולות RNA אינן יציבות בטמפרטורות גבוהות יותר וסבירות גבוהה יותר להתפרק, כך אמרו החוקרים.
מקור החיים אינו סביר שסביר להניח עם RNA בלבד, אך נחשב שהוא יצא משילוב של RNA, פפטידים (שרשראות קצרות של חומצות אמינו שהן אבני הבניין של חלבונים), אנזימים ושומנים יוצרי מחסום שיכולים להגן על רכיבים אלה מפני סביבתם.
כמה חוקרים ב- UCL ובמעבדת MRC לביולוגיה מולקולרית (LMB) חושפים רמזים לגבי תחילת החיים. בשנים האחרונות צוותים בראשות ד"ר ג'ון סאת'רלנד (LMB) ופרופסור מתיו פייד (UCL Chemistry) הוכיחו כיצד כימיה יכולה ליצור הרבה ממולקולות המפתח של החייםמקורו, כולל נוקלאוטידים (אבני הבניין של RNA ו- DNA), חומצות אמינו ופפטידים (אבני הבניין של חלבונים), ליפידים פשוטים ומבשרים לחלק מהוויטמינים, החל מאבני בניין מולקולריות פשוטות ככל הנראה בשפע על פני האדמה הקדומה.
המחקר האחרון נתמך על ידי המועצה לחקר הרפואה (MRC), חלק ממחקר וחדשנות בבריטניה (UKRI), כמו גם החברה המלכותית וקרן פולקסווגן.
