‘Several questions about origin of life have been answered, but much remains to be studied’’ said Stanley Miller and Harold Urey way back in 1959 after reporting laboratory synthesis of amino acids in primitive earth conditions. Many advances down the line yet the scientists have long been grappling with a fundamental question – which genetic material was first to be formed on the primitive earth, DNA or RNA, or a bit of both? There is evidence now to suggest that DNA og RNA both may have co-existed in the primordial soup from where the life forms may have evolved with respective genetic materials.
Aðalkenning sameindalíffræðinnar segir það DNA gerir RNA gerir prótein. Prótein are responsible for majority, if not all the reactions taking place in an organism. The entire functionality of an organism is majorly dependent upon their presence and interaction of prótein molecules. According to central dogma, prótein are produced by the information contained in DNA which is converted to functional prótein via a messenger called RNA. However, it is possible that prótein themselves can survive independently without any DNA or RNA, as is the case with prions (misfolded prótein molecules that do not contain DNA or RNA), but can survive on their own.
Þannig geta verið þrjár aðstæður fyrir uppruna lífs.
A) If the prótein or its building blocks were able to form abiotically during the atmosphere that existed billions of years ago in primordial soup, prótein can be termed as the basis of uppruna lífs. Tilraunagögnin í þágu þess koma frá hinni frægu tilraun Stanley Miller1, 2, sem sýndi að þegar blanda af metani, ammóníaki, vatni og vetni er blandað saman og dreift framhjá rafhleðslu myndast blanda af amínósýrum. Þetta var aftur staðfest sjö árum síðar3 in 1959 by Stanley Miller and Harold Urey stating that the presence of reducing atmosphere in primordial earth gave rise to synthesis of lífræn compounds in the presence of above-mentioned gases plus smaller amounts of carbon monoxide and carbon dioxide. The relevance of Miller-Urey experiments was questioned by the scientific fraternity for a number of years, who thought that the gas mixture used in their research was too reducing with respect to the conditions that existed on primordial Earth. A number of theories pointed towards a neutral atmosphere containing an excess of CO2 with N2 and water vapor4. Hins vegar hefur hlutlaust andrúmsloft einnig verið skilgreint sem líklegt umhverfi fyrir myndun amínósýra5. Að auki, fyrir prótein to act as origins of life, they need to self-replicating leading to a combination of different prótein to cater to different reactions taking place in an organism.
B) Ef frumsúpan veitti skilyrði fyrir byggingareiningum af DNA og / eða RNA to be formed, then either of these could have been the genetic material. The research until now favoured RNA to be the genetic material for the origin of life forms due to their capability of folding upon itself, existing as a single strand and acting as an enzyme6, capable of making more RNA molecules. A number of self-replicating RNA enzymes7 have been discovered over the years suggesting RNA to be the starting genetic material. This was further strengthened by the research performed by John Sutherland’s group that led to the formation of two bases of RNA in an environment similar to primordial soup by including phosphate in the mixture8. Myndun RNA byggingareininga hefur einnig verið sýnd með því að líkja eftir afoxandi andrúmslofti (inniheldur ammoníak, kolmónoxíð og vatn), svipað því sem notað var í tilraun Miller-Urey og hleypa síðan rafhleðslu og aflmiklum leysigeislum í gegnum þær.9. If RNA is to be believed to be the originator, then when and how did DNA and proteins come into being? Did DNA develop as a genetic material later because of the unstable nature of RNA and proteins followed suit. Answers to all these questions still remain unanswered.
C) Þriðja atburðarásin um að DNA og RNA geti verið saman í frumsúpunni sem leiddi til uppruna lífs kom frá rannsóknum sem birtar voru 3.rd June 2020 by John Sutherland’s group from the MRC Laboratory at Cambridge, UK. The researchers simulated the conditions that existed on a primordial Earth billions of years ago, with shallow ponds in the lab. They first dissolved chemicals that form RNA in water, followed by drying and heating them and then subjecting them to UV radiation that simulated sun’s rays existing in primordial time. This not only led to the synthesis of the two building blocks of RNA heldur einnig af DNA, suggesting that both nucleic acids co-existed at the time of origin of life10.
Byggt á samtímaþekkingu sem er til staðar í dag og heiðra meginkenninguna í sameindalíffræði, virðist líklegt að DNA og RNA hafi verið til saman sem leiddi til uppruna lífs og próteinmyndunar hafi komið/komið fram síðar.
Hins vegar vill höfundur geta sér til um aðra atburðarás þar sem allar hinar þrjár mikilvægu líffræðilegu stórsameindir, þ.e. DNA, RNA og prótein voru saman í frumsúpunni. Sóðalegu aðstæðurnar sem voru í frumsúpunni, sem fela í sér efnafræðilegt eðli yfirborðs jarðar, eldgos og tilvist lofttegunda eins og ammoníak, metan, kolmónoxíð, koltvísýring ásamt vatni gætu hafa verið tilvalin fyrir allar stórsameindir til að myndast. Vísbending um þetta hefur komið fram í rannsóknum Ferus o.fl., þar sem kjarnabasar mynduðust í sama afoxandi andrúmslofti9 notað í tilraun Miller-Urey. Ef við ætlum að trúa þessari tilgátu, þá tóku mismunandi lífverur upp eitt eða annað erfðaefni á meðan á þróuninni stóð, sem studdi tilveru þeirra áfram.
Hins vegar, þegar við reynum að skilja uppruna lífsforma, þarf miklu frekari rannsóknir til að svara grundvallarspurningum og viðeigandi spurningum um hvernig líf varð til og breiddist út. Þetta myndi krefjast „út af kassanum“ nálgun án þess að treysta á neina fordóma sem kynntir eru í hugsun okkar með núverandi kenningar sem fylgt er í vísindum.
***
Tilvísanir:
1. Miller S., 1953. Framleiðsla á amínósýrum við hugsanlegar frumstæðar aðstæður á jörðu niðri. Vísindi. 15. maí 1953: Mbl. 117, útgáfa 3046, bls. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. o.fl. 2003. Prebiotic Soup-Revisiting the Miller Experiment. Vísindi 02. maí 2003: Vol. 300, Issue 5620, bls. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL og Urey HC, 1959. Synthesis lífrænna efnasambanda á frumstæðu jörðinni. Vísindi 31. júlí 1959: Vol. 130, hefti 3370, bls. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Samsetning andrúmslofts og loftslag á fyrstu jörðinni. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Birt: 07. september 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, o.fl. 2008. Endurmat á prebiotic lífrænni myndun í hlutlausu plánetulofti. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. The intervening sequence RNA of Tetrahymena is an enzyme. Science 31 Jan 1986: Vol. 231, Issue 4737, pp. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, o.fl. 2011. Ribozyme-catalyzed transcription of an Active Ribozyme. Vísindi 08. apríl: Vol. 332, útgáfa 6026, bls. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Nýmyndun virkjað pýrimídín ríbónúkleótíð við prebiotically trúverðug skilyrði. Náttúra 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Myndun kjarnabasa í Miller-Urey afoxandi andrúmslofti. PNAS 25. apríl 2017 114 (17) 4306-4311; fyrst birt 10. apríl 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Selective prebiotic formation of RNA pyrimidine and DNA purine nucleosides. Nature 582, 60–66 (2020). Published: 03 June 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
