وجود RNA و DNA در ریشه‌های زندگی سیاره زمین

به ‌گفته دانشمندان انگلیسی، اسکاتلندی و لهستانی، DNA و RNA ، 2شکل مدرن کد ژنتیک که حاوی تمام زیست‌شناسی زمینی است، احتمالا پیش از وجود زندگی در سیاره زمین در این سیاره وجود داشته است. به گزارش ساینتیفیک آمریکن، محققان با استفاده از یک سیستم شیمیایی مبتنی بر سیانید هیدروژن، برای تقلید از شرایط روزهای ابتدایی سیاره زمین، توانستند 4پایه ژنتیک بسازند که حروف مولکولی الفبای ژنتیک هستند. این پایه‌های به‌هم‌پیوسته، توالی‌های ژنی‌ای را تشکیل می‌دهند که سلول‌ها به پروتئین‌ها ترجمه می‌کنند. اما در کمال تعجب، این تیم دریافت از این 4پایه‌ای که در نتیجه آزمایش‌های مداوم آنها به‌ دست آمده، 2مورد به شکلی بودند که در DNA وجود دارد، در حالی‌که 2مورد دیگر از نوعی بودند که در RNA دیده می‌شود.
این مطالعه که در مجله Nature منتشر و توسط جان ساترلند، از لابراتوار زیست‌شناسی مولکولی کمبریج و تیم همکارانش هدایت شده است، بیشتر فرضیه به‌اصطلاح «RNA جهان» را تضعیف می‌کند. این ایده، مدت‌هاست که یکی از برجسته‌ترین تحقیقات در زمینه منشأ زندگی است و بر این عقیده استوار است که RNA اساس زیست‌کره زمین را مدت‌ها قبل از ظهور DNA و سایر مولکول‌های مهم برای زندگی تشکیل داده است. تا به امروز، شواهد کمی از مسیرهای شیمیایی برای ساختن سیستم منحصربه‌فرد RNA  که نسخه‌های سفت و سخت این ایده را اتخاذ کرده یا منجر به DNA می‌شود، یافت شده است. ساترلند می‌گوید: همه تصور می‌کنند که RNA  والد DNA است. اما این مقاله نشان می‌دهد که این دو خویشاوندان مولکولی هستند.
اما برخی دانشمندان دیگر که در این مطالعه مشارکت نداشتند، نسبت به باورپذیری شرایط هیدروژن سیانید که در آن شرایط زندگی اولیه در زمین را شبیه‌سازی‌ کرده بودند، ابهاماتی داشتند. فرانسیس وستال، مدیر گروه اگزوبیولوژی در مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه برای بیوفیزیک مولکولی در اورلان، می‌گوید که تشکیل پایه نیاز به شرایط بسیار خاصی دارد. این ترکیب نیاز دارد که با قرارگرفتن در معرض نور ماورای بنفش، خشک شود. به‌نظر می‌رسد میلیاردها سال پیش چنین چیزی در روزهای ابتدایی زمین (سیاره‌ای تحت پوشش اقیانوس) دچار کمبود بوده است. وستال می‌گوید: این شرایط قطعا در روزهای ابتدایی زمین وجود داشته است، اما چندان رایج نبوده است چراکه حجم زمین برای قرار گرفتن در معرض آن وجود نداشته است. با این حال او اذعان می‌کند که این مطالعه بسیار هوشمندانه است و به‌طور کامل غیرممکن نیست، اما معتقد است که فرضیه‌های بهتری برای اشاره به ظهور زندگی و مولکول‌های پربیوتیک وجود دارد.
استنلی میلر و هارولد اوری، محققان آمریکایی، براساس شواهد شیمیایی، تلاش‌های مبتنی بر شیمی را برای فهمیدن زندگی در زمین از ابتدای دهه50 به چالش کشیدند. این دو اثر رعدوبرق را در اتمسفر ابتدایی زمین و اقیانوس با تحریک تخلیه الکتریکی در یک مخزن حاوی هیدروژن، آب، آمونیاک و متان شبیه‌سازی‌ کردند.
با این حال، کار میلر و اوری نشان داد که تهیه مواد مهم مانند اسیدهای آمینه که به پروتئین‌هایی متصل می‌شوند که عملکردهای بی‌شماری را در سلول‌های زنده انجام می‌دهند بسیار ساده است. به‌عنوان بخش ویژه مرتبط با مطالعات ریشه‌های زندگی، پروتئین‌ها می‌توانند به‌عنوان کاتالیزور عمل کنند و سایر واکنش‌های شیمیایی را که بسیار کُند یا ناکارآمد عمل می‌کنند، افزایش دهند و سرعت بخشند. اما پروتئین‌ها تنها کاتالیزورهای ممکن در پشت صحنه افزایش زندگی در کره زمین نیستند.
در تجربه‌ای که توانست جایزه نوبل شیمی سال1989 را از آن خود کند، زیست‌شناس مولکولی سیدنی آلتمان و توماس چک متخصص زیست‌شیمی دریافتند که RNA -که مدت‌هاست به‌عنوان حامل میانی اطلاعات ژنتیک که تحت سلطه DNA است شناخته می‌شود- نیز می‌تواند به‌عنوان یک کاتالیزور باشد. فرضیه جهان RNA نشان می‌دهد که چنین مولکول‌هایی می‌توانند علاوه ‌بر تکثیر خود، این امکان را فراهم آورند که خیلی پیش از وجود DNA پروتئین‌ها تکامل یابند. این پاسخ ممکن است پیش آمده باشد، چرا که از نظر یک شیمی‌دان ساده هم جهش از RNA به DNA یک کار ساده است. برای تولید یک زنجیره طولانی که اغلب می‌بینیم در مارپیچ نمادی DNA قرار دارد، پایه‌ها ابتدا به ستون فقرات مولکول‌های قند وصل می‌شوند. این ترکیبات نوکلوئیدها را می‌سازند: دیوکسی‌ربونوکلوتیدها در DNA و ریبونوکلوسیدها در RNA که برخلاف همتای خود DNA، یک مارپیچ منفرد تشکیل می‌دهد. نوکلئوسیدها از قند یا ساکاروز جداول استفاده نمی‌کنند بلکه از ریبوز RNA و دیوکسی ریبوز در DNA استفاده می‌کنند. تفاوت بین 2نوع قند بسیار کم است: فقط یک اکسیژن و یک اتم هیدروژن. با این حال همین تفاوت کوچک کافی است تا DNA و RNA  نقش‌های بیولوژیکی متفاوتی ایفا کنند. نقص دیگر ایده جهان RNA دشواری ساخت ریبوز در شرایطی است که احتمالا در اوایل پیدایش زمین وجود داشته است. بنابراین ساترلند و همکارانش به‌دنبال راه‌های محتمل دیگر برای ساخت قندها و ریبونوکلئوسیدها رفتند. سال گذشته ساترلند و همکارانش یک قدم مهم و بزرگ در این رویکرد برداشتند و نشان دادند که ریبونوکلئوسیدهای سیتیدین و ادریدین می‌توانند به دیوکسی‌ریبوز و نوکلئوزید و دیوکسی‌ادنوزین تبدیل شوند. آنها برخی مولکول‌های میانی را از مطالعات قبلی این تیم با نمک‌هایی مانند نیتریت سدیم و کلرید منیزیم ترکیب کردند که می‌توانست در ابتدای تشکیل سیاره زمین وجود داشته باشد، سپس آنها را به محیط اسیدی بردند و در معرض گرما قرار دادند. ساترلند می‌گوید: وقتی ماشین زمانی وجود ندارد تا ما را به ریشه‌های واقعی زندگی در سیاره زمین ببرد، باورپذیری در این زمینه تحقیقاتی نادر، تنها راه چاره است.


عمل به عنوان کاتالیزور
تهیه مواد مهم مانند اسیدهای آمینه که به پروتئین‌هایی متصل می‌شوند که عملکردهای بی‌شماری را در سلول‌های زنده انجام می‌دهند بسیار ساده است. به‌عنوان بخش ویژه مرتبط با مطالعات ریشه‌های زندگی، پروتئین‌ها می‌توانند به‌عنوان کاتالیزور عمل کنند و سایر واکنش‌های شیمیایی را که بسیار کُند یا ناکارآمد عمل می‌کنند، افزایش دهند و سرعت بخشند