de genetiske polymerer RNA og DNA er sentrale for informasjonslagring i alle biologiske systemer, og som sådan danner kjernen i de fleste hypoteser om livets opprinnelse. Den mest fremtredende av disse teoriene er ‘rna world’ – hypotesen, som hevder AT RNA en gang var både den sentrale informasjonsbæreren og katalysatoren for biokjemiske reaksjoner på Jorden før fremveksten av livet1. Men studier de siste årene (se ref. 2, for eksempel) har antydet at de første genetiske systemene kan ha vært basert på nukleinsyremolekyler som inneholder BÅDE RNA og DNA-nukleotider, som deretter gradvis separeres i dagens RNA og DNA. Skrive I Naturen, Xu et al.3 tilbyr fascinerende eksperimentell støtte for en blandet RNA-DNA verden.Primordiale geokjemiske prosesser antas å ha ført til dannelsen av byggesteinene av nukleinsyrer-nukleotider og nukleosider (nukleotider som mangler en fosfatgruppe). Under egnede forhold polymeriseres disse byggeblokkene og de resulterende trådene replikeres til slutt uten hjelp fra moderne proteinenzymer.

Arbeidere fra samme forskningsgruppe Som Xu et al. hadde tidligere identifisert 4 et nettverk av reaksjoner fremmet av ultrafiolett lys som resulterte i syntesen av to av standard nukleosider funnet I RNA: uridin (U) og cytidin (C), som kollektivt er kjent som pyrimidiner (Fig. 1). Disse reaksjonene startet fra hydrogencyanid (HCN) og derivater derav, enkle molekyler som antas å ha vært lett tilgjengelige på Tidlig Jord. Videre studier og utvikling av dette reaksjonsnettverket hevet den spennende muligheten for at protein-og lipidforløpere kunne ha oppstått samtidig sammen med nukleosider5-og dermed gi tre av hovedtyper av molekyl som trengs for å lage celler. Imidlertid har en komplementær rute for dannelsen av de andre to standard rna-nukleosider (adenosin og guanosin, kjent som puriner) ved bruk av samme HCN-baserte kjemi forblitt unnvikende.

I det nåværende arbeidet, Xu et al. revisited forbindelser produsert som mellomprodukter i det tidligere etablerte reaksjonsnettverket4 som syntetiserer U og C. de identifiserte en vei der et sentralt mellomprodukt av pyrimidin-nukleosidsyntese, ribo-aminooksazolin(RAO; Fig. 1), kan også omdannes til to purin DNA nukleosider, deoksyadenosin (dA) og deoksyinosin (dI, som ikke er en av standard nukleosider funnet i moderne DNA). Avgjørende, DISSE dna nukleosider kan danne basepar Med U Og C. De fire nukleosidene-U, C, dA og dI — utgjør derfor et komplett alfabet som kan ha kodet genetisk informasjon i nukleinsyrer i en prebiotisk RNA–DNA-verden.Det Er Viktig at syntesen av dA og dI kan forekomme parallelt Med Den For U Og C, og produserer blandinger av de fire produktene i utbytter og forhold som er egnet for bygging av et genetisk system. Denne gjensidige kompatibiliteten til de to syntetiske banene øker plausibiliteten til reaksjonsnettverket som et prebiotisk system-hvis de to syntesene var inkompatible, ville geologiske scenarier måtte konstrueres for å forklare hvordan de kunne ha blitt separert i forskjellige bassenger for å muliggjøre kjemi, og deretter kombinert for å muliggjøre dannelsen av hybrid RNA-DNA-molekyler. Spesielt, Under visse reaksjonsbetingelser, Kan U og C overleve bare i nærvær av tioanhydropurinforbindelsene som virker som direkte forløpere av dA og dI.mange organiske molekyler kan produseres som venstre-og høyrehendte versjoner, kjent som enantiomerer, som er speilbilder av hverandre. Imidlertid har moderne nukleotider og deres byggeklosser alle samme enantiomere form. En av de største vanskelighetene i opprinnelse-of-life forskning er å forklare hvordan enkelt enantiomerer kunne ha blitt generert fra enkle forløpermolekyler som ikke har noen handedness og som kunne ha dannet på prebiotisk Jord. Xu og kollegers purinsyntese er attraktiv i denne forbindelse, fordi den er svært selektiv for enantiomerer og andre isomerer av nukleosider observert i moderne biologi.

Alternative ruter er rapportert for den kombinerte prebiotiske syntesen av pyrimidin – og purinnukleosider og nukleotider6,7. Disse rutene krever kjemisk og enantiomerisk rene sukkerarter som utgangsmaterialer, noe som utgjør problemet at andre, ofte ukjente, prebiotiske prosesser ville ha vært nødvendige for å gi disse utgangsmaterialene8. Som kontrast, enantioselectivity rapportert Av Xu et al. kommer FRA RAO, som kan krystallisere som en enkelt enantiomer fra reaksjoner der utgangsmaterialene er nesten racemic9 (det vil si at utgangsmaterialene består av en nesten lik blanding av enantiomerer).Nukleosidsyntese kan også føre til produkter der nukleosidbasen er festet til sukkeret i feil retning. I xu og kollegers syntetiske vei oppstår EN UV-indusert kjemisk reduksjon som fører til den slående selektive ødeleggelsen av disse uønskede biproduktene, og til slutt produserer bare de biologisk relevante isomerer av purinene. Gitt at Tidlig Jord ble sterkt bestrålt AV UV, antyder den bemerkelsesverdige selektiviteten til denne reaksjonen en mulig mekanisme hvorved det totale bassenget av potensielle nukleinsyreisomerer ble redusert til delmengden av isomerer observert i dag i naturen.Xu og kollegers arbeid støtter en visjon om tidlig molekylær evolusjon noe fjernet fra den konvensjonelle ‘rene’ RNA-verdenshypotesen, og tilbyr kanskje en mer plausibel rute til livets opprinnelse fra blandede og komplekse kjemiske miljøer. Gitt mangelen på ‘kjemiske fossiler’ , og usikkerheten over de eksakte forholdene og kjemi som skjedde på tidlig Jorden, det er umulig å si hvilke kjemiske veier faktisk fant sted. I stedet må vi sørge for at foreslåtte systemer samsvarer så nært som mulig med vår forståelse av hva som realistisk kunne ha skjedd på prebiotisk Jord-ikke bare kjemi — men også den generelle kompleksiteten til reaksjonsnettene og deres kompatibilitet med andre prosesser.i det nåværende arbeidet viser forfatterne at de fire nukleosidene faktisk kan produseres gjennom prosesser som med rimelighet kan forventes å ha skjedd på Tidlig Jord (som hydrolyse, tørking og UV-bestråling), og gir plausible syntetiske veier som kan forsyne reaksjonene med deres nødvendige utgangsmaterialer. Men som for alle prebiotiske synteser, er det fortsatt vanskelig å forestille seg det faktiske mikromiljøet som kunne ha støttet de mange spesifikke kjemiske transformasjonene som kreves for å produsere livets byggesteiner i mengde.

Likevel demonstrerer Xu og kollegers arbeid imponerende hvordan et komplett genetisk alfabet kunne ha oppstått. Uansett om vi tror at livet utviklet seg fra RNA alene, eller fra mer komplekse blandinger av nukleinsyrer, vil systemnivå tenkning for å finne gjensidig kompatible prebiotiske kjemiske veier være avgjørende for å utvikle virkelig troverdige modeller av de første stadiene av livets fremkomst.