A genetikai polimerek RNS vagy DNS központi információ tárolása minden biológiai rendszer, s mint ilyen formában a mag a legtöbb hipotézisek az élet eredete. Ezen elméletek közül a legjelentősebb az “RNS világ” hipotézis, amely azt állítja, hogy az RNS egykor mind a központi Információhordozó, mind a biokémiai reakciók katalizátora volt a Földön az élet megjelenése előtt1. Azonban tanulmányok az elmúlt években (lásd ref. 2, például) azt javasolták, hogy az első genetikai rendszerek lehetett alapján nukleinsav-sav molekulák, amelyek mind RNS, mind a DNS nukleotid, amely aztán fokozatosan önálló külön a mai RNS vagy DNS. Írás a természetben, Xu et al.3 lenyűgöző kísérleti támogatást kínál egy vegyes RNS–DNS-világ számára.

úgy gondolják, hogy az Ősgeokémiai folyamatok a nukleinsavak — nukleotidok és nukleozidok (foszfátcsoport nélküli nukleotidok) építőköveinek kialakulásához vezettek. Megfelelő körülmények között ezek az építőelemek polimerizáltak, majd a kapott szálak végül replikálódnak, a modern fehérjeenzimek segítsége nélkül.

ugyanazon kutatócsoport dolgozói, mint Xu et al. korábban azonosította4 az ultraibolya fény által támogatott reakciók hálózatát, amely az RNS-ben található két standard nukleozid szintézisét eredményezte: uridin (U) és citidin (C), amelyeket együttesen pirimidineknek neveznek (ábra. 1). Ezek a reakciók hidrogén-cianidból (HCN) és származékaiból, egyszerű molekulákból indultak ki, amelyekről azt hitték, hogy könnyen elérhetők a korai Földön. Ennek a reakcióhálózatnak a további vizsgálata és fejlesztése felvetette annak a lehetőségét, hogy a fehérje és a lipid prekurzorok egyidejűleg keletkezhetnek a nukleozidok5 mellett-ezáltal biztosítva a sejtek előállításához szükséges három fő molekulatípust. A másik két standard RNS-nukleozid (adenozin és guanozin, más néven purinok) képződésének egymást kiegészítő útja azonban továbbra is megfoghatatlan maradt.

a jelen munkában, Xu et al. a korábban létrehozott reakcióhálózatban intermedierként előállított vegyületek4, amelyek u-t és C-t szintetizálnak.azonosítottak egy olyan utat, amelyben a pirimidin-nukleozid szintézis egyik legfontosabb köztiterméke, a ribo-aminooxazolin (RAO; ábra. 1), is átalakítható két purin DNS nukleozidok, dezoxiadenozin (dA) és dezoxiinozin (dI, amely nem egyike a standard nukleozidok megtalálható a modern DNS). Alapvetően ezek a DNS nukleozidok Bázispárokat képezhetnek U-val és C-vel. A négy nukleozid — U, C, dA És dI-tehát egy teljes “ábécét” alkot, amely a prebiotikus RNS–DNS világban nukleinsavakban kódolt genetikai információt tartalmazhatott.

fontos, hogy a dA és a dI szintézise az U és C szintézisével párhuzamosan történhet, a négy termék keverékét előállítva a genetikai rendszer felépítésére alkalmas hozamokban és arányokban. Ez a kölcsönös kompatibilitási a két szintetikus utak növeli a valószínűsége, hogy a reakció a hálózaton, mint a prebiotikus rendszer — ha a kettő szintézise volt összeférhetetlen, akkor geológiai forgatókönyveket kell kiagyalt, hogy magyarázza meg, hogyan tudnak egymástól a különböző medencék, hogy engedélyezze a kémia fordul elő, aztán kombinált, hogy lehetővé teszik a kialakulását hibrid RNS–DNS-molekulák. Nevezetesen, bizonyos reakciófeltételek mellett az U és a C csak a dA És dI közvetlen prekurzoraként működő tioanhidropurinvegyületek jelenlétében képes túlélni.

sok szerves molekula előállítható bal – és jobbkezes változatként, úgynevezett enantiomerekként, amelyek egymás tükörképei. A modern nukleotidok és építőelemeik azonban mind ugyanazt az enantiomer formát öltik. Az egyik fő nehézséget az origins-a-élet a kutatás elmagyarázni, hogy egyetlen enantiomer lehetett generált egyszerű prekurzor molekulák, amelyek nem kezesség, illetve amelyek alakult ki a prebiotikus Földön. A Xu és kollégái purinszintézise e tekintetben vonzó, mivel a modern biológiában megfigyelt nukleozidok enantiomerjei és egyéb izomerjei számára igen szelektív.

a pirimidin és a purin nukleozidok és nukleotidok kombinált prebiotikumszintézisére vonatkozóan alternatív útvonalakról számoltak BE6, 7. Ezek az útvonalak megkövetelik, hogy kémiailag és enantiomerikusan tiszta cukrokat használjanak kiindulási anyagként, ami azt a problémát okozza, hogy más, gyakran ismeretlen prebiotikus eljárásokra lett volna szükség a kiindulási anyagokhoz8. Ezzel szemben a Xu et al. által jelentett enantioszelektivitás. a RAO-ból származik, amely egyetlen enantiomerként kristályosodhat olyan reakciókból, amelyekben a kiindulási anyagok majdnem racemic9 (vagyis a kiindulási anyagok az enantiomerek majdnem egyenlő keverékéből állnak).

a nukleozid szintézis olyan termékekhez is vezethet, amelyekben a nukleozid alapja rossz irányba kapcsolódik a cukorhoz. A Xu és munkatársai szintetikus úton UV-indukált kémiai redukció következik be, amely ezeknek a nem kívánt melléktermékeknek a feltűnően szelektív megsemmisítéséhez vezet, végül csak a purinok biológiailag releváns izomerjeit termeli. Tekintettel arra, hogy a korai földet erősen besugározta az UV, ennek a reakciónak a figyelemre méltó szelektivitása egy lehetséges mechanizmust sugall, amellyel a potenciális nukleinsav-izomerek teljes halmaza a természetben ma megfigyelt izomerek alcsoportjára csökkent.

Xu és kollégái munkája alátámasztja a hagyományos “tiszta” RNS-világhipotézisből némileg eltávolított korai molekuláris evolúció vízióját, és talán hihetőbb utat kínál az élet eredetéhez vegyes és összetett kémiai környezetekből. Tekintettel a “kémiai fosszíliák” hiányára, valamint a korai Földön előforduló pontos körülményekkel és kémiával kapcsolatos bizonytalanságra, lehetetlen megmondani, hogy mely kémiai utak valósultak meg. Ehelyett biztosítanunk kell, hogy a javasolt rendszerek a lehető legszorosabban alkalmazkodjanak ahhoz, hogy megértsük, mi történhetett volna reálisan a prebiotikus Földön — nem csak a kémia, hanem a reakcióhálózatok általános összetettsége és más folyamatokkal való kompatibilitása is.

a jelenlegi munka, a szerzők azt mutatják, hogy a négy nukleozidok sőt előállított folyamatok révén, hogy ésszerűen várható el, hogy történt a korai Föld (mint például a hidrolízis, száradó, UV besugárzás), valamint biztosítani elfogadható szintetikus utak, hogy a kínálat a reakciók a szükséges kiindulási anyagok. Azonban, mint minden prebiotikus szintézise, továbbra is nehéz, hogy meglegyen a tényleges mikrokörnyezet, hogy lehet támogatta a sok specifikus kémiai átalakulások előállításához szükséges építőkövei az élet mennyiség.

Mindazonáltal Xu és kollégái munkája lenyűgözően bemutatja, hogyan keletkezhetett egy teljes genetikai ábécé. Függetlenül attól, hogy azt gondoljuk, hogy az élet fejlődött RNS egyedül, vagy több-komplex keveréke nukleinsav, a rendszer szintű gondolkodás, hogy megtaláljuk egymást kölcsönösen kompatibilis prebiotikus kémiai utak döntő lesz a fejlődő igazán kézenfekvő modell az első szakaszban az élet kialakulását.