genetické polymerů RNA a DNA jsou zásadní pro ukládání informací ve všech biologických systémech, a jako takové tvoří jádro většiny hypotéz o původu života. Nejvýznamnější z těchto teorií je ‚RNA svět‘ hypotéza, která předpokládá, že RNA byla kdysi obě centrální informace-nosičem a katalyzátorem biochemických reakcí na Zemi před vznikem life1. Studie v posledních několika letech (viz ref. 2, například) naznačují, že první genetické systémy by byly na bázi nukleových kyselin, molekul, které obsahují RNA a DNA nukleotidy, které se pak postupně self-oddělené do dnešní RNA a DNA. Psaní V přírodě, Xu et al.3 nabízejí fascinující experimentální podporu pro smíšený svět RNA-DNA.předpokládá se, že prapůvodní geochemické procesy vedly k tvorbě stavebních bloků nukleových kyselin-nukleotidů a nukleosidů (nukleotidů, které postrádají fosfátovou skupinu). Za vhodných podmínek se tyto stavební bloky polymerizovaly a výsledné prameny se nakonec replikovaly, bez pomoci moderních proteinových enzymů.

pracovníci ze stejné výzkumné skupiny jako Xu et al. předtím identified4 síť reakce podporována ultrafialové světlo, která vyústila v syntézu dvou standardních nukleosidů nalézt v RNA: uridin (U) a cytidin (C), které jsou souhrnně označovány jako pyrimidinů (Obr. 1). Tyto reakce začaly z kyanovodíku (HCN) a jeho derivátů, jednoduchých molekul, o nichž se předpokládalo, že jsou snadno dostupné na rané zemi. Další studium a rozvoj této reakce síti zvýšil fascinující možnost, že bílkovin a lipidů prekurzory mohly vzniknout současně vedle nucleosides5 — tím, že poskytuje tři hlavní typy molekula potřeba, aby se buňky. Komplementární cesta pro tvorbu dalších dvou standardních nukleosidů RNA (adenosin a guanosin, známý jako puriny) za použití stejné chemie na bázi HCN však zůstala nepolapitelná.

v této práci, Xu et al. revisited sloučenin získaná jako meziprodukty v dříve stanovené reakce network4, že syntetizuje U a C. Jsou identifikovány cesty, v nichž klíčovou zprostředkující pyrimidinu-nukleosidové inhibitory syntézy, ribo-aminooxazoline (RAO; Obr. 1), lze také převést na dva purinové DNA nukleosidy, deoxyadenosin (dA) a deoxyinosin (dI, který není jedním ze standardních nukleosidů nalezených v moderní DNA). Důležité je, že tyto nukleosidy DNA mohou tvořit páry bází s U A C. Čtyři nukleosidy-U, C, dA a dI-proto představují úplnou „abecedu“, která by mohla kódovat genetickou informaci v nukleových kyselinách ve světě prebiotické RNA-DNA.

je Nejdůležitější, syntézu dA a dI se může objevit souběžně s U a C, vyrábějící směsi čtyř produktů v výnosy a poměry vhodné pro stavbu genetického systému. Tato vzájemná kompatibilita obou syntetických cest zvyšuje věrohodnost reakce síť jako prebiotické systém — pokud se obě syntézy byly neslučitelné, pak geologických scénáře by třeba dokázal vysvětlit, jak by mohly být rozděleny do různých bazénů umožnit chemie nastat, a pak se spojí, aby umožnily vznik hybridní RNA–DNA molekuly. Zejména za určitých reakčních podmínek mohou U A C přežít pouze v přítomnosti thioanhydropurinových sloučenin, které působí jako přímé prekurzory dA a dI.

Mnoho organických molekul může být produkován jako levou a pravou rukou verze, známé jako enantiomery, které jsou zrcadlové obrazy jeden druhého. Moderní nukleotidy a jejich stavební bloky však mají stejnou enantiomerní formu. Jedním z hlavních problémů v zemi původu-o-život výzkumu je vysvětlit, jak jeden enantiomerů by byly generovány z jednoduché prekurzorových molekul, které nemají handedness, a které by tvořily na prebiotické Zemi. Syntéza purinů Xu a kolegů je v tomto ohledu atraktivní, protože je vysoce selektivní pro enantiomery a další izomery nukleosidů pozorované v moderní biologii.

byly hlášeny alternativní cesty pro kombinovanou prebiotickou syntézu pyrimidinových a purinových nukleosidů a nukleotidů6,7. Tyto cesty vyžadují chemicky a enantiomerně čist cukry mají být použity jako výchozí materiály, které představuje problém, že jiné, často neznámé, prebiotické procesy by byly nezbytné poskytnout těm, počínaje materials8. Naproti tomu enantioselektivita hlášená Xu et al. pochází z RAO, které může krystalizovat jako jediný enantiomer z reakcí, ve kterých jsou výchozí materiály téměř racemické9 (to znamená, že výchozí materiály sestávají z téměř stejné směsi enantiomerů).

syntéza nukleosidů může také vést k produktům, ve kterých je nukleosidová báze připojena k cukru ve špatné orientaci. V Xu a co-pracovníků syntetické dráhy, UV-indukované chemické redukci dochází, která vede k výrazně selektivní destrukci těchto nežádoucích vedlejších produktů, nakonec produkovat pouze biologicky relevantní izomerů purinů. Vzhledem k tomu, že raná Země byla vysoce ozářených UV, pozoruhodné selektivita této reakce naznačuje možný mechanismus, kterým celkové skupiny potenciálních nukleové kyseliny izomerů byla snížena na podmnožinu izomerů dnes pozorujeme v přírodě.

práce Xu a kolegů podporuje vizi rané molekulární evoluce poněkud odstraněné z konvenční hypotézy „čistého“ RNA světa a možná nabízí věrohodnější cestu k původu života ze smíšených a složitých chemických prostředí. Vzhledem k nedostatku „chemických fosilií“, a nejistota ohledně přesných podmínek a chemie, ke kterým došlo na rané zemi, není možné říci, které chemické cesty skutečně proběhly. Místo toho musíme zajistit, aby navrhované systémy co nejvíce odpovídaly našemu chápání toho, co se reálně mohlo stát na prebiotické zemi – nejen chemie — ale také celková složitost reakčních sítí a jejich kompatibilita s jinými procesy.

V současné práci autoři ukazují, že čtyři nukleosidy mohou být skutečně vyráběný procesy, které by mohly být rozumně očekává, že došlo na počátku Země (jako hydrolýzy, sušení a UV záření), a poskytnout věrohodné syntetické cesty, které by mohly dodávat reakce s jejich požadované výchozí materiály. Nicméně, stejně jako u všech prebiotické syntézy, je stále těžké si představit skutečné mikroprostředí, že by podpořil mnoho specifické chemické transformace, potřebné k výrobě stavebních bloků života v množství.

Nicméně práce Xu a kolegů působivě ukazuje, jak mohla vzniknout kompletní genetická abeceda. Bez ohledu na to, zda si myslíme, že se život vyvinul od RNA sám, nebo z více-komplexní směsi nukleových kyselin, systémy na úrovni myšlení najít vzájemně kompatibilní prebiotické chemické dráhy bude zásadní pro rozvoj skutečně věrohodné modely prvních fázích života je vznik.