«Կյանքի ծագման վերաբերյալ մի քանի հարցերի պատասխաններ են տրվել, բայց դեռ շատ բան պետք է ուսումնասիրվի», - ասում էին Սթենլի Միլլերը և Հարոլդ Ուրին դեռևս 1959 թվականին՝ երկրային պարզունակ պայմաններում ամինաթթուների լաբորատոր սինթեզից հետո: Բազմաթիվ առաջընթացներ, սակայն գիտնականները երկար ժամանակ պայքարում էին մի հիմնարար հարցի հետ, թե որ գենետիկ նյութն է առաջինը ձևավորվել պարզունակ երկրի վրա: ԴՆԹ - or RNA, թե՞ երկուսից մի քիչ։ Այժմ կան ապացույցներ, որոնք հուշում են դա ԴՆԹ - և RNA երկուսն էլ կարող են գոյատևել նախնադարյան ապուրում, որտեղից կյանքի ձևերը կարող են առաջանալ համապատասխան գենետիկ նյութերի հետ:
Մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական դոգման ասում է, որ ԴՆԹ - է RNA է սպիտակուցներ. Սպիտակուցներ պատասխանատու են օրգանիզմում տեղի ունեցող ռեակցիաների մեծամասնության, եթե ոչ բոլորի համար: Օրգանիզմի ամբողջ ֆունկցիոնալությունը մեծապես կախված է դրանց առկայությունից և փոխազդեցությունից Սպիտակուցներ մոլեկուլները. Ըստ կենտրոնական դոգմայի. սպիտակուցներ արտադրվում են պարունակվող տեղեկատվության միջոցով ԴՆԹ - որը վերածվում է ֆունկցիոնալ Սպիտակուցներ ՌՆԹ կոչվող սուրհանդակի միջոցով: Այնուամենայնիվ, հնարավոր է, որ սպիտակուցներ իրենք կարող են ինքնուրույն գոյատևել առանց որևէ մեկի ԴՆԹ - or RNA, ինչպես պրիոնների դեպքում է (սխալ ծալված Սպիտակուցներ մոլեկուլներ, որոնք չեն պարունակում ԴՆԹ - or RNA), բայց կարող են ինքնուրույն գոյատևել:
Այսպիսով, կյանքի ծագման երեք սցենար կարող է լինել.
Ա) Եթե սպիտակուցներ կամ դրա շինանյութերը կարողացել են աբիոտիկ ձևավորվել մթնոլորտում, որը գոյություն ուներ միլիարդավոր տարիներ առաջ նախնադարյան ապուրում, սպիտակուցներ կարելի է անվանել որպես հիմք կյանքի ծագումը. Նրա օգտին փորձարարական ապացույցները գալիս են Սթենլի Միլլերի հայտնի փորձից1, 2, որը ցույց է տվել, որ երբ մեթանի, ամոնիակի, ջրի և ջրածնի խառնուրդը խառնվում է իրար և շրջանառվում էլեկտրական լիցքաթափման միջով, առաջանում է ամինաթթուների խառնուրդ։ Սա կրկին հաստատվեց յոթ տարի անց3 1959 թվականին Սթենլի Միլլերի և Հարոլդ Ուրիի կողմից՝ նշելով, որ նախնադարյան երկրագնդում նվազող մթնոլորտի առկայությունը առաջացրել է սինթեզ. օրգանական միացություններ վերը նշված գազերի առկայության դեպքում, գումարած ավելի փոքր քանակությամբ ածխածնի օքսիդ և ածխաթթու գազ: Միլեր-Ուրեյի փորձերի արդիականությունը մի քանի տարի կասկածի տակ էր դրվում գիտական եղբայրության կողմից, ովքեր կարծում էին, որ իրենց հետազոտության մեջ օգտագործված գազային խառնուրդը չափազանց փոքրանում է նախնադարյան Երկրի վրա գոյություն ունեցող պայմանների համեմատ: Մի շարք տեսություններ մատնանշում են չեզոք մթնոլորտ, որը պարունակում է CO2-ի ավելցուկ N2-ով և ջրային գոլորշիներով4. Այնուամենայնիվ, չեզոք մթնոլորտը նույնպես ճանաչվել է որպես ամինաթթուների սինթեզի հավանական միջավայր5. Բացի այդ, հանուն սպիտակուցներ Որպես կյանքի սկզբնաղբյուրներ գործելու համար նրանք պետք է ինքնակրկնօրինակվեն, ինչը հանգեցնում է տարբերի համակցության սպիտակուցներ օրգանիզմում տեղի ունեցող տարբեր ռեակցիաներին սպասարկելու համար:
Բ) Եթե նախնադարյան ապուրը պայմաններ էր ապահովում շինանյութերի համար ԴՆԹ - եւ / կամ RNA պետք է ձևավորվեր, ապա դրանցից որևէ մեկը կարող էր լինել գենետիկ նյութը: Հետազոտությունը մինչ այժմ բարենպաստ է եղել RNA լինել կյանքի ձևերի ծագման գենետիկ նյութ՝ իրենց վրա ծալվելու, որպես մեկ շղթա գոյություն ունենալու և որպես ֆերմենտ գործելու ունակության շնորհիվ6, կարող է ավելին անել RNA մոլեկուլները. Մի շարք ինքնարտադրվող ՌՆԹ ֆերմենտներ7 հայտնաբերվել են տարիների ընթացքում, ինչը հուշում է RNA լինել մեկնարկային գենետիկ նյութ: Սա ավելի ամրապնդվեց Ջոն Սաթերլենդի խմբի կողմից իրականացված հետազոտության արդյունքում, որը հանգեցրեց ՌՆԹ-ի երկու հիմքերի ձևավորմանը մի միջավայրում, որը նման է սկզբնական ապուրին՝ խառնուրդի մեջ ներառելով ֆոսֆատ:8. ՌՆԹ-ի շինարարական բլոկների ձևավորումը ցույց է տրվել նաև վերականգնող մթնոլորտի մոդելավորման միջոցով (պարունակում է ամոնիակ, ածխածնի օքսիդ և ջուր), որը նման է Միլլեր-Ուրեյի փորձի ժամանակ օգտագործված մթնոլորտին և այնուհետև դրանց միջով էլեկտրական լիցքաթափումներ և բարձր հզորության լազերներ փոխանցելով:9. Եթե պետք է ենթադրել, որ ՌՆԹ-ն սկզբնավորող է, ապա երբ և ինչպես ԴՆԹ - և առաջանում են սպիտակուցներ. Արեց ԴՆԹ - հետագայում զարգանում է որպես գենետիկ նյութ, քանի որ ՌՆԹ-ի անկայուն էությունը և սպիտակուցները հետևում են օրինակին: Այս բոլոր հարցերի պատասխանները դեռևս մնում են անպատասխան։
Գ) Երրորդ սցենարը, որ ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն կարող են գոյատևել սկզբնական ապուրում, որը հանգեցրել է կյանքի ծագմանը, եկել է 3-ին հրապարակված ուսումնասիրություններից:rd 2020 թվականի հունիս Ջոն Սաթերլենդի խմբի կողմից Քեմբրիջի MRC լաբորատորիայից, Մեծ Բրիտանիա: Հետազոտողները մոդելավորել են այն պայմանները, որոնք գոյություն են ունեցել նախնադարյան Երկրի վրա միլիարդավոր տարիներ առաջ՝ լաբորատորիայում ծանծաղ լճակներով: Նրանք սկզբում լուծարեցին քիմիկատները, որոնք առաջանում են RNA ջրի մեջ, այնուհետև դրանք չորացնելով և տաքացնելով, այնուհետև ենթարկելով ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման, որը նմանակում էր արևի ճառագայթները, որոնք գոյություն ունեն նախնադարյան ժամանակներում: Սա ոչ միայն հանգեցրեց երկու շինարարական բլոկների սինթեզին RNA այլ նաև ԴՆԹ -, ենթադրելով, որ երկու նուկլեինաթթուներն էլ գոյատևել են կյանքի ծագման ժամանակ10.
Ելնելով այսօր գոյություն ունեցող ժամանակակից գիտելիքներից և հարգելով մոլեկուլային կենսաբանության կենտրոնական դոգման՝ հավանական է թվում, որ ԴՆԹ-ն և ՌՆԹ-ն համատեղ գոյատևել են, ինչը հանգեցրել է կյանքի սկզբնավորմանը և սպիտակուցի ձևավորմանը ավելի ուշ:
Այնուամենայնիվ, հեղինակը ցանկանում է ենթադրել մեկ այլ սցենար, որտեղ բոլոր երեք կարևոր կենսաբանական մակրոմոլեկուլները, այսինքն. ԴՆԹ-ն, ՌՆԹ-ն և սպիտակուցը միասին գոյություն ունեին նախնադարյան ապուրում: Խառնաշփոթ պայմանները, որոնք գոյություն ունեին նախնադարյան ապուրում, կապված երկրագնդի մակերևույթի քիմիական բնույթի, հրաբխային ժայթքումների և գազերի առկայության հետ, ինչպիսիք են ամոնիակը, մեթանը, ածխածնի օքսիդը, ածխածնի երկօքսիդը ջրի հետ միասին, կարող են իդեալական լինել բոլոր մակրոմոլեկուլների ձևավորման համար: Այս մասին հուշում է տրվել Ferus et al.-ի կատարած հետազոտությունը, որտեղ նուկլեոբազները ձևավորվել են նույն վերականգնող մթնոլորտում:9 օգտագործված Միլեր-Ուրեյի փորձի մեջ: Եթե մենք պետք է հավատանք այս վարկածին, ապա էվոլյուցիայի ընթացքում տարբեր օրգանիզմներ ընդունեցին այս կամ այն գենետիկական նյութը, որը նպաստում էր նրանց գոյությանը առաջ շարժվելուն:
Այնուամենայնիվ, երբ մենք փորձում ենք հասկանալ կյանքի ձևերի ծագումը, շատ հետագա հետազոտություններ են պահանջվում՝ պատասխանելու հիմնարար և տեղին հարցերին, թե ինչպես է կյանքը ծագել և տարածվել: Սա կպահանջի «առանցքից դուրս» մոտեցում՝ առանց հենվելու որևէ նախապաշարմունքների վրա, որոնք մեր մտածողության մեջ ներդրված են գիտության մեջ հետևվող ներկայիս դոգմաներով:
***
Հիշատակում:
1. Միլեր Ս., 1953. Ամինաթթուների արտադրությունը հնարավոր պարզունակ երկրային պայմաններում: Գիտություն. 15 մայիսի 1953 թ. 117, Թողարկում 3046, էջ 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al. 2003 թ. Պրեբիոտիկ ապուր – Վերանայելով Միլերի փորձը: Գիտություն 02 մայիսի 2003 թ. 300, Թողարկում 5620, էջ 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL and Urey HC, 1959. Organic Compound Synthesis on the Primitive Earth. Գիտություն 31 հուլիսի 1959 թ. 130, Թողարկում 3370, էջ 245-251։ DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Մթնոլորտային կազմը և կլիման վաղ Երկրի վրա. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006): Հրատարակված՝ 07 սեպտեմբերի 2006թ. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al, 2008 թ.: Պրաբիոտիկ օրգանական սինթեզի վերագնահատում չեզոք մոլորակային մթնոլորտներում: Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008): DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Զաուգ, Էյ Ջեյ, Չեխ Տ.Ռ. 1986. Միջանկյալ հաջորդականությունը RNA Tetrahymena-ն ֆերմենտ է: Գիտություն 31 հունվարի 1986 թ. 231, Թողարկում 4737, էջ 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Ռիբոզիմով կատալիզացված Ակտիվ Ռիբոզիմի Տառադարձում: Գիտություն 08 Ապրիլ. 332, Թողարկում 6026, էջ 209-212 (2011 թ.): DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Ակտիվացված պիրիմիդինային ռիբոնուկլեոտիդների սինթեզը նախաբիոտիկորեն հավանական պայմաններում: Nature 459, 239–242 (2009): https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al, 2017. Նուկլեոբազների ձևավորում Միլեր-Ուրեյ վերականգնող մթնոլորտում: PNAS Ապրիլ 25, 2017 114 (17) 4306-4311; առաջին անգամ հրապարակվել է 10 թվականի ապրիլի 2017-ին: DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 ՌՆԹ պիրիմիդինի ընտրովի նախաբիոտիկ ձևավորում և ԴՆԹ - պուրինային նուկլեոզիդներ. Nature 582, 60–66 (2020): Հրատարակված՝ 03 հունիսի 2020 թ. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
