de genetiske polymerer RNA og DNA er centrale for informationslagring i alle biologiske systemer og udgør som sådan kernen i de fleste hypoteser om livets oprindelse. Den mest fremtrædende af disse teorier er ‘RNA-verdens’ hypotese, som hævder, at RNA engang var både den centrale informationsbærer og katalysatoren for biokemiske reaktioner på jorden før fremkomsten af livet1. Men undersøgelser i de seneste par år (se ref. 2, for eksempel) har antydet, at de første genetiske systemer kunne have været baseret på nukleinsyremolekyler, der indeholder både RNA og DNA-nukleotider, som derefter gradvist adskilt i nutidens RNA og DNA. Skrivning i naturen, et al.3 tilbyder fascinerende eksperimentel støtte til en blandet RNA–DNA-verden.primordiale geokemiske processer menes at have ført til dannelsen af byggestenene af nukleinsyrer — nukleotider og nukleosider (nukleotider, der mangler en fosfatgruppe). Under passende betingelser polymeriseres disse byggesten, og de resulterende tråde replikeres til sidst uden hjælp fra moderne protein.

arbejdere fra samme forskningsgruppe som f.eks. havde tidligere identificeret4 et netværk af reaktioner fremmet af ultraviolet lys, der resulterede i syntesen af to af de standardnukleosider, der findes i RNA: uridin (U) og cytidin (C), som kollektivt er kendt som pyrimidiner (Fig. 1). Disse reaktioner startede fra hydrogencyanid (HCN) og derivater deraf, enkle molekyler, der menes at have været let tilgængelige på den tidlige jord. Yderligere undersøgelser og udvikling af dette reaktionsnetværk rejste den spændende mulighed for, at protein — og lipidprecursorer kunne være opstået samtidigt sammen med nukleosider5-derved tilvejebringelse af tre af de vigtigste typer molekyler, der er nødvendige for at fremstille celler. Imidlertid er en komplementær vej til dannelsen af de to andre standard RNA-nukleosider (adenosin og guanosin, kendt som purinerne) ved anvendelse af den samme HCN-baserede Kemi forblevet undvigende.

i det nuværende arbejde, Hu et al. reviderede forbindelser produceret som mellemprodukter i det tidligere etablerede reaktionsnetværk4, der syntetiserer U og C. De identificerede en vej, hvor et centralt mellemprodukt af pyrimidin-nukleosidsyntese, ribo-aminooksolin (RAO; Fig. 1), kan også omdannes til to purin-DNA-nukleosider, deoksyadenosin (dA) og deoksyinosin (dI, som ikke er et af de standardnukleosider, der findes i moderne DNA). Afgørende, disse DNA-nukleosider kan danne basepar med U og C. De fire nukleosider-U, C, dA og dI — udgør derfor et komplet ‘alfabet’, der kunne have kodet genetisk information i nukleinsyrer i en præbiotisk RNA–DNA-verden.det er vigtigt, at syntesen af dA og dI kan forekomme parallelt med U og C, hvilket producerer blandinger af de fire produkter i udbytter og forhold, der er egnede til konstruktion af et genetisk system. Denne gensidige kompatibilitet mellem de to syntetiske veje øger sandsynligheden for reaktionsnetværket som et præbiotisk system — hvis de to synteser var uforenelige, skulle geologiske scenarier konstrueres for at forklare, hvordan de kunne have været adskilt i forskellige puljer for at gøre det muligt for kemien at forekomme og derefter kombineres for at muliggøre dannelsen af hybrid RNA–DNA-molekyler. Især under visse reaktionsbetingelser kan U og C kun overleve i nærvær af thioanhydropurinforbindelserne, der fungerer som direkte forstadier til dA og dI.

mange organiske molekyler kan produceres som venstre-og højrehåndede versioner, kendt som enantiomerer, som er spejlbilleder af hinanden. Imidlertid tager moderne nukleotider og deres byggesten alle den samme enantiomere form. En af de største vanskeligheder ved livets oprindelse er at forklare, hvordan enkelt enantiomerer kunne have været genereret fra enkle forløbermolekyler, der ikke har nogen håndethed, og som kunne have dannet sig på præbiotisk jord. Purinsyntese er attraktiv i denne henseende, fordi den er meget selektiv for enantiomerer og andre isomerer af nukleosider observeret i moderne biologi.

Alternative ruter er blevet rapporteret for den kombinerede præbiotiske syntese af pyrimidin og purinnukleosider og nukleotider6,7. Disse ruter kræver kemisk og enantiomerisk rene sukkerarter, der skal anvendes som udgangsmaterialer, hvilket udgør det problem, at andre, ofte ukendte, præbiotiske processer ville have været nødvendige for at tilvejebringe disse udgangsmaterialer8. I modsætning hertil er enantioselektiviteten rapporteret af et al. stammer fra RAO, som kan krystallisere som en enkelt enantiomer fra reaktioner, hvor udgangsmaterialerne er næsten racemic9 (dvs.udgangsmaterialerne består af en næsten lige blanding af enantiomerer).

Nukleosidsyntese kan også føre til produkter, hvor nukleosidets base er fastgjort til sukkeret i den forkerte orientering. En UV-induceret kemisk reduktion, der fører til den slående selektive ødelæggelse af disse uønskede biprodukter, der i sidste ende kun producerer de biologisk relevante isomerer af purinerne. I betragtning af at den tidlige jord var stærkt bestrålet af UV, antyder den bemærkelsesværdige selektivitet af denne reaktion en mulig mekanisme, hvormed den samlede pulje af potentielle nukleinsyreisomerer blev reduceret til den delmængde af isomerer, der blev observeret i dag i naturen.og kollegernes arbejde understøtter en vision om tidlig molekylær evolution, der er noget fjernet fra den konventionelle ‘rene’ RNA-verdenshypotese, og tilbyder måske en mere plausibel vej til livets oprindelse fra blandede og komplekse kemiske miljøer. I betragtning af manglen på ‘kemiske fossiler’ og usikkerheden om de nøjagtige forhold og kemi, der opstod på den tidlige jord, er det umuligt at sige, hvilke kemiske veje der faktisk fandt sted. I stedet, vi skal sikre, at foreslåede systemer er i overensstemmelse så tæt som muligt med vores forståelse af, hvad der realistisk kunne være sket på præbiotisk jord — ikke kun kemien, men også den samlede kompleksitet af reaktionsnetværkene og deres kompatibilitet med andre processer.

i det nuværende arbejde viser forfatterne, at de fire nukleosider faktisk kan produceres gennem processer, der med rimelighed kunne forventes at have fundet sted på den tidlige jord (såsom hydrolyse, tørring og UV-bestråling) og tilvejebringe plausible syntetiske veje, der kunne forsyne reaktionerne med deres krævede udgangsmaterialer. Men som for alle præbiotiske synteser er det stadig svært at forestille sig det faktiske mikromiljø, der kunne have Understøttet de mange specifikke kemiske transformationer, der kræves for at producere livets byggesten i mængde.

ikke desto mindre demonstrerer Hsu og kollegers arbejde imponerende, hvordan et komplet genetisk alfabet kunne være opstået. Uanset om vi mener, at livet udviklede sig fra RNA alene eller fra mere komplekse blandinger af nukleinsyrer, vil systemniveau tænkning for at finde gensidigt kompatible præbiotiske kemiske veje være afgørende for at udvikle virkelig plausible modeller af de første faser af livets fremkomst.