Hàng tỷ năm trước, các phân tử trên Trái đất vô hồn và hỗn loạn, tạo thành các dạng sống đầu tiên. Sau đó, một dạng sống lớn hơn, thông minh hơn đang lẩn quẩn trong các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm cố gắng tìm hiểu sự khởi đầu của chính nó.
Trong khi một số người nói rằng sự sống xuất hiện từ các chuỗi phân tử đơn giản, thì những người khác nói rằng các phản ứng hóa học ban đầu hình thành RNA tự sao chép. Họ hàng của DNA, RNA đóng vai trò là người giải mã hoặc truyền thông tin di truyền.
Một nghiên cứu mới cung cấp bằng chứng cho ý tưởng RNA, được gọi là "giả thuyết thế giới RNA". Nhưng ít nhất một thành phần trong RNA sớm có thể khác với những gì được tìm thấy ở dạng hiện đại, một nhóm các nhà khoa học đã báo cáo vào ngày 3 tháng 12 trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Science.
RNA hiện đại, cùng với xương sống đường và phốt phát, được tạo thành từ bốn khối xây dựng chính: nucleobase được gọi là adenine (A), cytosine (C), guanine (G) và uracil (U).
Nhưng hóa ra RNA sớm có thể có một nucleobase không phải là một phần của dạng hiện đại.
Trong các ống nhựa nhỏ, các nhà nghiên cứu cho nước, một ít muối, đệm để giữ các ion cơ bản và ion magiê để tăng tốc độ phản ứng. Những điều kiện này tương tự như những điều kiện được tìm thấy trong hồ nước ngọt hoặc ao, hồ miệng núi lửa hoặc loại hồ hoặc hồ bơi được tìm thấy ở các khu vực núi lửa như Công viên Quốc gia Yellowstone - tất cả những nơi mà cuộc sống có thể bắt đầu.
Sau đó, các nhà nghiên cứu đã thêm một đoạn RNA nhỏ gọi là mồi gắn vào một đoạn RNA dài hơn gọi là khuôn mẫu. RNA mới được tạo ra khi một đoạn mồi sao chép RNA mẫu, thông qua ghép cặp cơ sở. Các nucleobase kết hợp độc đáo với nhau; C chỉ liên kết với G và A chỉ liên kết với U.
Các nhà nghiên cứu đã thêm các nucleobase (A, C, G và U) để chúng có thể liên kết với khuôn mẫu và do đó mở rộng đoạn ngắn hơn, mồi. Kết quả cho thấy, với các thành phần từ RNA hiện đại, phản ứng không hoạt động đủ nhanh để RNA hình thành và sao chép mà không có lỗi.
Nhưng sau đó, các nhà nghiên cứu đã thêm một hóa chất khác, gọi là inosine, vào hỗn hợp, thay vì phân tử dựa trên guanine. Sau đó, các nhà nghiên cứu đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng RNA có thể hình thành và sao chép chính xác hơn một chút so với hỗn hợp với guanine.
Sự pha trộn này không gây ra cái gọi là "thảm họa lỗi", nghĩa là đột biến hoặc sai lầm ngẫu nhiên trong các bản sao vẫn ở dưới ngưỡng, đảm bảo chúng có thể được loại bỏ trước khi tích lũy.
David Deamer, nhà sinh vật học tại Đại học California, Santa Cruz, người không tham gia nghiên cứu cho biết: "Việc vượt qua vấn đề thảm họa lỗi là một thử nghiệm quan trọng về tầm quan trọng". Lời ngụy biện duy nhất của ông là tuyên bố rằng inosine hợp lý hơn trong việc tạo ra RNA nguyên thủy so với các cơ sở thay thế khác, Deamer nói. Anh ta vẫn chưa nghĩ rằng nên loại trừ các căn cứ khác, vì "đây là một yêu cầu khá rộng rãi dựa trên một phản ứng hóa học đặc biệt cao", Deamer nói với Live Science
Nhưng vì inosine có thể dễ dàng bắt nguồn từ một cặp bazơ khác, adenine, nó làm cho quá trình tạo ra sự sống trở nên "dễ dàng" hơn so với việc bạn phải tạo ra guanine từ đầu, John Sutherland, một nhà nghiên cứu về nguồn gốc hóa học của sinh học phân tử tại MRC cho biết Phòng thí nghiệm sinh học phân tử ở Anh, người cũng không tham gia nghiên cứu.
Phát hiện phá vỡ "sự khôn ngoan thông thường mà inosine không thể có ích", Sutherland nói với Live Science. Inosine đã đạt được danh tiếng này vì nó hoạt động một công việc rất cụ thể dưới dạng RNA gọi là RNA chuyển, giải mã thông tin di truyền.
Inosine được cho là "chao đảo", hoặc liên kết với các cặp cơ sở khác nhau chứ không phải là một cặp duy nhất. Điều đó sẽ khiến nó trở thành một phân tử nghèo nàn khi đưa ra các hướng dẫn độc đáo để hình thành RNA mới, bởi vì sẽ không có hướng rõ ràng cho những gì inosine có thể liên kết. Và vì vậy, "rất nhiều người trong chúng ta đã nghĩ sai rằng đó là một tài sản vốn có của inosine", ông Sutherland nói. Nhưng nghiên cứu này cho thấy inosine, trong bối cảnh thế giới đầu tiên nơi RNA lần đầu tiên xuất hiện, không bị lung lay, mà thay vào đó là các cặp đáng tin cậy với cytosine, ông nói thêm.
Jack Szostak, giáo sư hóa học và sinh học hóa học tại Đại học Harvard, cho biết: "Bây giờ tất cả đều có ý nghĩa, nhưng dựa trên các kết quả cũ hơn, chúng tôi không mong đợi inosine hoạt động tốt như vậy". một người được giải thưởng Nobel.
Szostak và nhóm của ông hiện đang cố gắng tìm hiểu làm thế nào khác RNA nguyên thủy có thể khác với RNA hiện đại - và cuối cùng nó biến thành RNA hiện đại như thế nào. Ngoài ra, phần lớn phòng thí nghiệm của họ tập trung vào cách các phân tử RNA được sao chép trước khi các enzyme phát triển. (Enzyme là các protein làm tăng tốc độ phản ứng hóa học.)
"Đây là một thách thức lớn", Szostak nói với Live Science. "Chúng tôi đã đạt được rất nhiều tiến bộ, nhưng vẫn còn những câu đố chưa được giải quyết."
Sutherland cũng lưu ý rằng lĩnh vực nói chung đang chuyển từ một "giả thuyết thế giới RNA" thuần túy sang một lĩnh vực nhìn thấy nhiều thành phần trộn vào vạc tạo ra sự sống. Chúng bao gồm lipid, peptide, protein và các nguồn năng lượng. Ông nói thêm rằng trong suy nghĩ của các nhà nghiên cứu, "Đó là một thế giới RNA ít thuần túy hơn trước đây."
