'Verskeie vrae oor die oorsprong van lewe is beantwoord, maar baie moet nog bestudeer word'' het Stanley Miller en Harold Urey in 1959 gesê nadat hulle laboratoriumsintese van aminosure in primitiewe aardse toestande aangemeld het. Baie vooruitgang op die lyn, maar die wetenskaplikes worstel al lank met 'n fundamentele vraag - watter genetiese materiaal eerste op die primitiewe aarde gevorm is, DNA or RNA, of 'n bietjie van beide? Daar is nou bewyse wat daarop dui DNA en RNA albei het moontlik saam in die oersop bestaan vanwaar die lewensvorme met onderskeie genetiese materiale ontwikkel het.
Die sentrale dogma van molekulêre biologie stel dit DNA maak RNA maak proteïene. Proteïene is verantwoordelik vir die meerderheid, indien nie al die reaksies wat in 'n organisme plaasvind nie. Die hele funksionaliteit van 'n organisme is grootliks afhanklik van hul teenwoordigheid en interaksie van proteïen molekules. Volgens sentrale dogma, proteïene word geproduseer deur die inligting vervat in DNA wat omgeskakel word na funksioneel proteïen via 'n boodskapper genaamd RNA. Dit is egter moontlik dat proteïene hulself onafhanklik kan oorleef sonder enige DNA or RNA, soos die geval is met prions (verkeerd gevou proteïen molekules wat nie bevat nie DNA or RNA), maar kan op hul eie oorleef.
Daar kan dus drie scenario's vir die oorsprong van lewe wees.
A) As die proteïene of sy boustene kon abioties vorm tydens die atmosfeer wat miljarde jare gelede in oersop bestaan het, proteïene kan bestempel word as die basis van oorsprong van die lewe. Die eksperimentele bewyse in sy guns kom van die bekende eksperiment deur Stanley Miller1, 2, wat gewys het dat wanneer 'n mengsel van metaan, ammoniak, water en waterstof saam gemeng en verby 'n elektriese ontlading gesirkuleer word, 'n mengsel van aminosure gevorm word. Dit is sewe jaar later weer bevestig3 in 1959 deur Stanley Miller en Harold Urey verklaar dat die teenwoordigheid van verminderde atmosfeer in die oeraarde aanleiding gegee het tot sintese van organiese verbindings in die teenwoordigheid van bogenoemde gasse plus kleiner hoeveelhede koolstofmonoksied en koolstofdioksied. Die relevansie van Miller-Urey-eksperimente is vir 'n aantal jare deur die wetenskaplike broederskap bevraagteken, wat gedink het dat die gasmengsel wat in hul navorsing gebruik is, te verminderend was met betrekking tot die toestande wat op die oeraarde bestaan het. 'n Aantal teorieë het gewys op 'n neutrale atmosfeer wat 'n oormaat CO2 met N2 en waterdamp bevat4. 'n Neutrale atmosfeer is egter ook geïdentifiseer as 'n aanneemlike omgewing vir die sintese van aminosure5. Daarbenewens, vir proteïene om as oorsprong van lewe op te tree, moet hulle selfreplisering lei tot 'n kombinasie van verskillende proteïene om voorsiening te maak vir verskillende reaksies wat in 'n organisme plaasvind.
B) As die oersop voorwaardes verskaf het vir boublokke van DNA en / of RNA gevorm te word, dan kon een van hierdie die genetiese materiaal gewees het. Die navorsing tot nou toe bevoordeel RNA om die genetiese materiaal vir die oorsprong van lewensvorme te wees as gevolg van hul vermoë om op homself te vou, wat as 'n enkele string bestaan en as 'n ensiem optree6, in staat om meer te maak RNA molekules. 'n Aantal selfrepliserende RNA-ensieme7 is oor die jare ontdek wat suggereer RNA om die aanvangsgenetiese materiaal te wees. Dit is verder versterk deur die navorsing wat deur John Sutherland se groep gedoen is wat gelei het tot die vorming van twee basisse van RNA in 'n omgewing soortgelyk aan oersop deur fosfaat in die mengsel in te sluit.8. Vorming van RNA-boublokke is ook getoon deur 'n reducerende atmosfeer (wat ammoniak, koolstofmonoksied en water bevat), soortgelyk aan een wat in Miller-Urey se eksperiment gebruik is, te simuleer en dan elektriese ontladings en hoëkraglasers daardeur te laat beweeg.9. As daar geglo moet word dat RNA die oorsprong is, wanneer en hoe het dit dan gebeur DNA en proteïene ontstaan? Gedoen DNA ontwikkel as 'n genetiese materiaal later as gevolg van die onstabiele aard van RNA en proteïene het sy voorbeeld gevolg. Antwoorde op al hierdie vrae bly steeds onbeantwoord.
C) Die derde scenario dat DNS en RNA saam kan bestaan in die oersop wat tot die oorsprong van lewe gelei het, kom uit studies gepubliseer op 3rd Junie 2020 deur John Sutherland se groep van die MRC-laboratorium in Cambridge, VK. Die navorsers het die toestande gesimuleer wat miljarde jare gelede op 'n oeraarde bestaan het, met vlak damme in die laboratorium. Hulle het eers chemikalieë opgelos wat vorm RNA in water, gevolg deur hulle te droog en te verhit en dan aan UV-straling te onderwerp wat sonstrale wat in oertyd bestaan, gesimuleer het. Dit het nie net gelei tot die sintese van die twee boustene van RNA maar ook van DNA, wat daarop dui dat beide nukleïensure saambestaan het ten tyde van die oorsprong van lewe10.
Gebaseer op die hedendaagse kennis wat vandag bestaan en wat die sentrale dogma van molekulêre biologie eerbiedig, blyk dit aanneemlik te wees dat die DNA en RNA saambestaan het wat gelei het tot die ontstaan van lewe en proteïenvorming later gekom/voorgekom het.
Die skrywer wil egter 'n ander scenario spekuleer waar al die drie belangrike biologiese makromolekules, nl. DNA, RNA en proteïen het saam in die oersop bestaan. Die morsige toestande wat in die oersop bestaan het wat die chemiese aard van die aarde se oppervlak, vulkaniese uitbarstings en die teenwoordigheid van gasse soos ammoniak, metaan, koolstofmonoksied, koolstofdioksied saam met water behels het, was moontlik ideaal vir alle makromolekules om gevorm te word. 'n Wenk hiervan is verskaf deur navorsing gedoen deur Ferus et al., waar nukleobase in dieselfde reducerende atmosfeer gevorm is9 gebruik in Miller-Urey se eksperiment. As ons in hierdie hipotese moet glo, het verskillende organismes gedurende die verloop van evolusie die een of die ander genetiese materiaal aangeneem, wat hul voortbestaan bevorder het.
Soos ons egter probeer om die oorsprong van lewensvorme te verstaan, is baie verdere navorsing nodig om die fundamentele en pertinente vrae oor hoe lewe ontstaan en voortgeplant het, te beantwoord. Dit sou 'n "buite-die-boks"-benadering vereis sonder om staat te maak op enige vooroordele wat in ons denke ingebring word deur die huidige dogmas wat in die wetenskap gevolg word.
***
Verwysings:
1. Miller S., 1953. 'n Produksie van aminosure onder moontlike primitiewe aardstoestande. Wetenskap. 15 Mei 1953: Vol. 117, Uitgawe 3046, pp. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Prebiotiese sop – Herbesoek die Miller-eksperiment. Wetenskap 02 Mei 2003: Vol. 300, Uitgawe 5620, pp. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL en Urey HC, 1959. Organiese verbindingsintese op die primitiewe aarde. Wetenskap 31 Jul 1959: Vol. 130, Uitgawe 3370, pp. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Atmosferiese samestelling en klimaat op die vroeë Aarde. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Gepubliseer: 07 September 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. 'n Herbeoordeling van prebiotiese organiese sintese in neutrale planetêre atmosfeer. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Die tussenliggende volgorde RNA van Tetrahymena is 'n ensiem. Wetenskap 31 Jan 1986: Vol. 231, Uitgawe 4737, pp. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Ribosiem-gekataliseerde transkripsie van 'n aktiewe ribosiem. Wetenskap 08 Apr: Vol. 332, Uitgawe 6026, pp. 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sintese van geaktiveerde pirimidien-ribonukleotiede in prebioties aanneemlike toestande. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Vorming van nukleobasisse in 'n Miller-Urey-verminderende atmosfeer. PNAS 25 April 2017 114 (17) 4306-4311; eerste gepubliseer 10 April 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Selektiewe prebiotiese vorming van RNA pirimidien en DNA puriennukleosiede. Nature 582, 60–66 (2020). Gepubliseer: 03 Junie 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
