3 Minutės
Gyvybės užuomazgų tyrinėjimas: pirmojo replikatoriaus paieška
Gyvybės kilmės paslaptis šimtmečius žavi filosofus, teologus ir šiuolaikinius gamtos mokslininkus. Pastaraisiais dešimtmečiais tyrėjai atsisako mitų, sutelkdami dėmesį į molekulinius procesus, nulėmusius gyvų sistemų atsiradimą prieš milijardus metų Žemėje. Šios mokslinės paieškos centre – bandymas suprasti, kaip atsirado pirmosios gebančios savarankiškai daugintis molekulės. Manoma, kad būtent jos inicijavo biologinės evoliucijos pradžią.
RNR pasaulio hipotezė: esminė evoliucinės biologijos teorija
Viena pagrindinių gyvybės atsiradimo teorijų yra RNR pasaulio hipotezė. Evoliucinės biologijos mokslininkai teigia, kad prieš maždaug keturis milijardus metų ankstyvosios Žemės aplinkoje galėjo vyrauti ribonukleorūgščių (RNR) molekulės. Šios savarankiškai besidauginančios RNR molekulės, kaip manoma, gyvavo anksčiau už DNR ir baltymus, atlikdamos tiek genetinės informacijos perdavimo, tiek ir cheminių reakcijų katalizatorių funkcijas.
Nors RNR pasaulio hipotezė patraukli moksliškai, ją lydi dvi pagrindinės problemos. Pirma, biologai iki šiol nerado šių pirminių RNR replikatorių pėdsakų ar tiesioginių palikuonių gyvuose organizmuose. Antra, nepavyko sukurti visiškai įtikinamo ir efektyvaus savireplikacijos modelio sąlygomis, buvusiomis ankstyvoje Žemėje.
Laboratoriniai atradimai: RNR replikacijos atkūrimas senovinėmis sąlygomis
Naujausias tyrimas, kurį atliko University College London (UCL) ir MRC Molekulinės Biologijos Laboratorijos mokslininkai, sprendžia antrąją svarbią problemą. Žurnale Nature Chemistry publikuotame darbe aprašytas naujas eksperimentinis metodas, priartinantis mus prie primityvios RNR replikacijos atkūrimo laboratorijoje.
Mokslininkai pasitelkė specialiai sukurtus „triribonukleotidus“ – trijų riebalų rūgščių likučių junginius, kurių šiuolaikinėje biologijoje nėra. Šie junginiai, veikiami kruopščiai kontroliuojamų rūgštingumo, temperatūros ir drėgmės ciklų, padėdavo atskirti itin stabilias RNR dvigubas spiralės grandines. Užšaldžius tirpalą ir susidarius ledo kristalams, tarp jų likusiose skysčio kanalėlėse triribonukleotidai padengdavo atskirai esančias grandines, taip neleisdami joms per greitai vėl susijungti.
Švelniai pašildžius ir reguliuojant tirpalo pH, tyrėjai stebėjo kelis RNR grandinių replikacijos ciklus. Galiausiai šios sintetinės molekulės pailgėjo tiek, kad įgavo savybių, būdingų biologinei funkcijai – žingsnis pirmyn siekiant suprasti gyvybės užuomazgų kilmę.
Ekspertų požiūris: triribonukleotidų ir aplinkos ciklų svarba
Dr. James Attwater, pagrindinis tyrimo autorius iš UCL, pabrėžė pasirinktos strategijos reikšmę: „Trijų raidžių RNR statybiniai blokai, triribonukleotidai, natūraliai biologijoje neaptinkami, tačiau labai palengvina replikacijos procesą. Tikėtina, kad ankstyviausios gyvybės formos labai skyrėsi nuo mums pažįstamų organizmų.“ Jis taip pat atkreipė dėmesį, kad šie inžineriniai pokyčiai – kintama temperatūra ir rūgštingumas – galėjo natūraliai vykti ankstyvoje Žemėje, pavyzdžiui, dėl paros temperatūros svyravimų ar geoterminių procesų, kur karšti uolienų masyvai susiliečia su vėsesne aplinka.
Poveikis, ribotumai ir tolimesni žingsniai gyvybės kilmės tyrimuose
Šis pasiekimas pratęsia UCL tyrėjų ankstesnių darbų, pradedant 2017 m. publikuotu straipsniu apie cheminių RNR pagrindų atsiradimą Žemėje, istoriją. Naujasis atradimas suteikia galimybę detaliai tirti sąlygas ir mechanizmus, leidžiančius funkcinei RNR daugintis pakartotinai – tai esminė riba pereinant nuo chemijos prie biologijos.
Kaip komentavo vyresnysis autorius dr. Philipp Holliger iš MRC Laboratorijos: „Gyvybę nuo paprastos chemijos skiria informacija – molekulinė atmintis, užkoduota genetinėje medžiagoje ir perduodama iš kartos į kartą. Šis procesas galimas tik tuomet, kai informacija yra kopijuojama, tai yra – replikacija.“
Eksperimentuose komandai pavyko nukopijuoti maždaug 17 proc. bandomosios RNR grandinės (apie 30 iš 180 bazių). Nors rezultatas dar nėra visiškas, tačiau tai įrodo, kad našus, fermentais pagrįstas RNR replikavimas ateityje gali būti pasiekiamas tobulinant metodiką. Įdomu, kad tyrėjai nustatė – sūrūs tirpalai stabdo replikaciją, o gėlo vandens ežerai ir geoterminiai telkiniai, kaip ir buvo galima įtarti, sudarė palankias sąlygas ankstyvosios Žemės biologinėms reakcijoms.
Išvados
Šie nauji atradimai suteikia įžvalgų, kaip galėjo atsirasti savarankiškai besidauginančios RNR molekulės mūsų planetoje – tai pagrindas vėlesnei gyvybės evoliucijai. Nors dar liko nemažai klausimų, pavyzdžiui, kaip pasiekti visiškai autonomišką ir pilną RNR replikaciją, šis tyrimas pateikia svarbius eksperimentinius įrodymus, palaikančius RNR pasaulio hipotezę ir padedančius geriau suprasti molekulinį perėjimą nuo paprastos chemijos prie sudėtingos gyvybės. Tolimesnes gyvybės kilmės paslaptis padeda atskleisti inovatyvūs laboratoriniai tyrimai ir tarpdisciplininiai moksliniai atradimai.
Komentarai