polimerii genetici ARN și ADN sunt esențiali pentru stocarea informațiilor în toate sistemele biologice și, ca atare, formează nucleul majorității ipotezelor despre originea vieții. Cea mai proeminentă dintre aceste teorii este ipoteza lumii ARN, care susține că ARN a fost cândva atât purtătorul central al informațiilor, cât și catalizatorul reacțiilor biochimice de pe Pământ înainte de apariția vieții1. Cu toate acestea, studiile din ultimii ani (a se vedea ref. 2, de exemplu) au sugerat că primele sisteme genetice s-ar fi putut baza pe molecule de acid nucleic care conțin atât nucleotide ARN, cât și ADN, care apoi s-au separat treptat în ARN și ADN de astăzi. Scrierea în natură, Xu și colab.3 oferă suport experimental fascinant pentru o lume mixtă ARN-ADN.se crede că procesele geochimice primordiale au condus la formarea blocurilor de acizi nucleici — nucleotide și nucleozide (nucleotide cărora le lipsește o grupare fosfat). În condiții adecvate, aceste blocuri de construcție polimerizate și firele rezultate în cele din urmă reproduse, fără asistență din partea enzimelor proteice moderne.

lucrători din același grup de cercetare ca Xu și colab. identificase anterior4 o rețea de reacții promovate de lumina ultravioletă care a dus la sinteza a două dintre nucleozidele standard găsite în ARN: uridină (U) și citidină (C), care sunt cunoscute colectiv sub numele de pirimidine (Fig. 1). Aceste reacții au pornit de la Cianura de hidrogen (HCN) și derivații acestora, molecule simple despre care se crede că au fost ușor disponibile pe pământul timpuriu. Studiile ulterioare și dezvoltarea acestei rețele de reacție au ridicat posibilitatea intrigantă ca precursorii de proteine și lipide să fi apărut simultan alături de nucleozide5 — oferind astfel trei dintre principalele tipuri de molecule necesare pentru a produce celule. Cu toate acestea, o cale complementară pentru formarea celorlalte două nucleozide ARN standard (adenozină și guanozină, cunoscute sub numele de purine) folosind aceeași chimie bazată pe HCN a rămas evazivă.

în lucrarea de față, Xu și colab. compuși revizitați produși ca intermediari în rețeaua de reacție stabilită anterior4 care sintetizează U și C. Ei au identificat o cale în care un intermediar cheie al sintezei pirimidină-nucleozidă, ribo-aminooxazolina (RAO; Fig. 1), poate fi, de asemenea, transformat în două nucleozide ADN purinice, deoxiadenozină (dA) și deoxiinozină (dI, care nu este una dintre nucleozidele standard găsite în ADN-ul modern). În mod crucial, aceste nucleozide ADN pot forma perechi de baze cu U și C. Cele patru nucleozide-U, c, Da și dI — constituie, prin urmare, un alfabet complet care ar fi putut codifica informațiile genetice în acizii nucleici într–o lume prebiotică ARN-ADN.

important, sinteza dA și dI poate avea loc în paralel cu cea a U și C, producând amestecuri ale celor patru produse în randamente și rapoarte adecvate pentru construirea unui sistem genetic. Această compatibilitate reciprocă a celor două căi sintetice crește plauzibilitatea rețelei de reacție ca sistem prebiotic — dacă cele două sinteze ar fi incompatibile, atunci scenariile geologice ar trebui inventate pentru a explica modul în care ar fi putut fi separate în bazine diferite pentru a permite apariția chimiei și apoi combinate pentru a permite formarea moleculelor hibride ARN–ADN. În special, în anumite condiții de reacție, U și C pot supraviețui numai în prezența compușilor tioanhidropurinici care acționează ca precursori direcți ai dA și dI.

multe molecule organice pot fi produse ca versiuni stânga și dreapta, cunoscute sub numele de enantiomeri, care sunt imagini în oglindă unul cu celălalt. Cu toate acestea, nucleotidele moderne și blocurile lor de construcție au aceeași formă enantiomerică. Una dintre principalele dificultăți în cercetarea originilor vieții este de a explica modul în care enantiomerii unici ar fi putut fi generați din molecule precursoare simple care nu au nicio mână și care s-ar fi putut forma pe pământul prebiotic. Sinteza purinei Xu și colegii săi este atractivă în acest sens, deoarece este foarte selectivă pentru enantiomerii și alți izomeri ai nucleozidelor observate în biologia modernă.

au fost raportate căi Alternative pentru sinteza prebiotică combinată a nucleozidelor pirimidinice și purinice și a nucleotidelor6,7. Aceste căi necesită utilizarea zaharurilor chimice și enantiomerice pure ca materii prime, ceea ce pune problema că alte procese prebiotice, adesea necunoscute, ar fi fost necesare pentru a furniza aceste materii prime8. În schimb, enantioselectivitatea raportată de Xu și colab. derivă din RAO, care se poate cristaliza ca un singur enantiomer din reacțiile în care materiile prime sunt aproape racemice9 (adică materiile prime constau dintr-un amestec aproape egal de enantiomeri).

sinteza nucleozidelor poate duce, de asemenea, la produse în care baza nucleozidelor este atașată la zahăr într-o orientare greșită. În calea sintetică a Xu și a colegilor de muncă, apare o reducere chimică indusă de UV care duce la distrugerea izbitor de selectivă a acestor subproduse nedorite, producând în cele din urmă numai izomerii relevanți biologic ai purinelor. Având în vedere că Pământul timpuriu a fost puternic iradiat de UV, selectivitatea remarcabilă a acestei reacții sugerează un posibil mecanism prin care grupul total de potențiali izomeri ai acidului nucleic a fost redus la subsetul de izomeri observați astăzi în natură.munca lui Xu și a colegilor săi susține o viziune a evoluției moleculare timpurii oarecum îndepărtată de ipoteza convențională a ARN-ului pur și poate oferă o cale mai plauzibilă către originea vieții din medii chimice mixte și complexe. Având în vedere lipsa fosilelor chimice și incertitudinea cu privire la condițiile și chimia exactă care au avut loc pe pământul timpuriu, este imposibil de spus care căi chimice au avut loc de fapt. În schimb, trebuie să ne asigurăm că sistemele propuse se conformează cât mai mult posibil înțelegerii noastre a ceea ce s — ar fi putut întâmpla în mod realist pe pământul prebiotic-nu doar chimia, ci și complexitatea generală a rețelelor de reacție și compatibilitatea lor cu alte procese.

în lucrarea actuală, autorii arată că cele patru nucleozide pot fi într-adevăr produse prin procese care ar putea fi de așteptat în mod rezonabil să fi avut loc pe pământul timpuriu (cum ar fi hidroliza, uscarea și iradierea UV) și oferă căi sintetice plauzibile care ar putea furniza reacțiile cu materiile prime necesare. Cu toate acestea, la fel ca în cazul tuturor sintezelor prebiotice, rămâne greu de prevăzut micromediul real care ar fi putut susține numeroasele transformări chimice specifice necesare pentru a produce blocurile de viață în cantitate.cu toate acestea, munca lui Xu și a colegilor demonstrează impresionant cum ar fi putut apărea un alfabet genetic complet. Indiferent dacă credem că viața s-a dezvoltat doar din ARN sau din amestecuri mai complexe de acizi nucleici, gândirea la nivel de sistem pentru a găsi căi chimice prebiotice compatibile reciproc va fi crucială pentru dezvoltarea unor modele cu adevărat plauzibile ale primelor etape ale apariției vieții.