Salah satu masalah saintifik utama yang diusahakan oleh para saintis di seluruh dunia adalah asal usul kehidupan di Bumi. Selama beberapa dekad yang lalu, banyak kejayaan telah dicapai dalam bidang ini, misalnya, konsep dunia RNA telah dikembangkan. Walau bagaimanapun, masih belum diketahui bagaimana sebenarnya molekul yang berfungsi sebagai "blok bangunan" pertama muncul. Jurnal Science menerbitkan artikel yang menjawab mungkin persoalan yang paling penting: dari mana nukleotida yang membentuk RNA berasal. "Lenta.ru" mendedahkan perincian kajian dan membincangkan maksudnya.
Menurut konsep saintifik moden, kehidupan berasal dari sebatian organik yang saling bertindak balas untuk mencipta molekul utama - nukleosida. Nukleosida diketahui terbentuk oleh gula ribosa atau deoksiribosa dan satu daripada lima asas nitrogen: adenin, guanin, timin, sitosin atau urasil. Nukleosida adalah pendahulu nukleotida, yang pada gilirannya, DNA dan RNA terdiri. Agar nukleosida berubah menjadi nukleotida, diperlukan komponen tambahan - residu asid fosforik.
Mengapa nukleosida muncul? Soalan ini dijawab oleh konsep saintifik yang dikenali sebagai hipotesis dunia RNA, yang mempercayai bahawa RNA itulah yang menjadi asal mula kehidupan. Molekul asid ribonukleik adalah yang pertama melakukan pemangkinan tindak balas kimia pada kaldu primer, belajar menyalin diri dan satu sama lain dan, yang paling penting, membawa maklumat keturunan. RNA ini dipanggil ribozim. Sekiranya ada molekul RNA yang mempunyai kemampuan untuk mensintesis salinannya sendiri, maka harta ini diturunkan dari generasi ke generasi. Kadang kala penyalinan disertai dengan kesilapan, akibatnya RNA baru memperoleh mutasi.
Mutasi boleh merosakkan sifat pemangkin molekul dengan serius, tetapi mereka juga dapat mengubah RNA, memberikannya kemampuan baru. Sebagai contoh, saintis mendapati bahawa beberapa mutasi mempercepat proses penyalinan diri, dan ribozim yang diubah setelah beberapa lama mula menguasai yang "normal". Ahli biologi molekul yang diketuai oleh Brian Pegel dari Scripps Research Institute di California telah memperhatikan bagaimana aktiviti enzimatik ribozim dalam tiga hari evolusi di makmal meningkat 90 kali ganda. Oleh itu, walaupun ribozim pada mulanya tidak terlalu aktif, evolusi molekul dapat mengubahnya menjadi mesin pemangkin ideal.
Walaupun begitu, hipotesis dunia RNA menghadapi beberapa kesukaran. Sebagai contoh, tidak diketahui bagaimana abiogenik, iaitu, tanpa penyertaan organisma hidup, sintesis ribozim pertama dapat terjadi. Walaupun banyak hujah telah dijumpai untuk mendukung dunia RNA, persoalan utamanya - bagaimana ia muncul - masih menjadi batu sandungan.
Beberapa saintis menunjukkan bahawa sebatian kimia dari mana nukleosida terbentuk tidak dapat timbul dalam keadaan terestrial, tetapi dibawa ke planet dari angkasa. Namun, perlu diperhatikan bahawa masalah ini berkaitan dengan nukleosida purin - adenosin dan guanosin, masing-masing mengandungi adenin dan guanin. Untuk molekul pyrimidine yang mengandungi sitosin, timin atau urasil, jalur sintesis diketahui dapat wujud pada awal kehidupan. Tindak balas kimia seperti domino membawa kepada pembentukan sejumlah besar piramidin yang diperlukan.
Video promosi:
Para saintis telah mencadangkan jalan yang mungkin untuk pembentukan nukleosida purin, tetapi ia boleh menyebabkan kemunculan banyak sebatian lain, di antaranya nukleosida yang diperlukan hanyalah pecahan kecil. Cukup membersihkan purin tidak akan berfungsi, kerana ia bukan sahaja merupakan komponen integral RNA dan DNA, tetapi juga membentuk adenosin trifosfat (ATP), yang terlibat dalam metabolisme tenaga dan zat dalam tubuh, dan guanosin trifosfat, yang berfungsi sebagai sumber tenaga untuk sintesis protein.
Cara mudah untuk membentuk nukleosida seperti adenosin adalah dengan menggabungkan adenin dengan ribosa dengan adanya NH4OH. Ribose melekat pada salah satu atom nitrogen adenin, hanya mempunyai beberapa atom, dan hanya nitrogen pada kedudukan kesembilan yang harus mengambil bahagian dalam sintesis adenosin. Selain itu, ternyata atom nitrogen ini tidak terlalu reaktif. Ini bermaksud bahawa jika hipotesis dunia RNA betul (yang lebih mungkin), mesti ada cara lain untuk mensintesis adenosin dan guanosin dalam kaldu primer.
Dalam kajian baru, saintis telah mencadangkan jalan yang berbeza untuk sintesis nukleosida purin yang menyelesaikan masalah dan memperkuat kedudukan konsep dunia RNA. Semuanya bermula dengan molekul aminopyrimidine, yang mudah terbentuk dari sebatian semudah NH4CN. Ini berlaku melalui pembentukan guanidine, ia kemudian bertindak balas dengan aminomalonitrile, sehingga terbentuknya molekul tetraaminopyrimidine. Ia mudah teroksidasi di persekitaran yang mengandung oksigen, tetapi tetap stabil di atmosfer bebas oksigen yang menjadi ciri Bumi sebelum kelahiran hidup. Sebagai tambahan kepada tetraaminopyrimidine, molekul lain yang serupa dapat terbentuk: triaminopyrimidinone dan triaminopyrimidine. Semua sebatian ini larut dalam air.
Yang paling penting, untuk ketiga-tiga aminopyrimidin, hanya atom nitrogen tertentu yang reaktif, dan ini menyelesaikan masalah penyertaan dalam tindak balas atom lain, yang merupakan ciri adenin. Persekitaran yang berasid menyebabkan fakta bahawa atom nitrogen di gelang melampirkan proton dan menyekat semua kumpulan amino luaran, kecuali satu yang berada di kedudukan kelima. Apabila campuran aminopyrimidin dan asid formik dipanaskan, hanya satu kemungkinan sebatian yang terbentuk - formamidopyrimidine. Hasil tindak balas adalah 70 hingga 90 peratus.
Formamidopyrimidine, walaupun mempunyai persamaan dengan purin, tidak mengandungi kekurangannya. Atom nitrogen pada kedudukan kesembilan, ternyata, adalah yang paling reaktif, dan reaksi dengan ribosa dalam medium alkali selalu membawa kepada hasil yang sama: sintesis rangka karbon untuk nukleosida purin. Menariknya, formamidopyrimidine secara aktif terlibat dalam pembentukan ribosa dari glikolaldehid dan gliseraldehid, memudahkan sintesis nukleosida dalam persekitaran ammonia. Secara amnya, para saintis telah berjaya menemui jalan untuk pembentukan prekursor nukleotida dari derivatif ammonia termudah. Derivatif seperti itu baru-baru ini dijumpai di komet Churyumov-Gerasimenko, yang mengesahkan sudut pandang mengenai penyertaan aktif komet dalam membekalkan Bumi dengan semua yang diperlukan untuk kemunculan kehidupan.
Walau bagaimanapun, evolusi kimia menimbulkan lebih banyak persoalan, dan untuk menjawabnya memerlukan usaha para penyelidik di seluruh dunia. Gambaran lengkap mengenai abiogenesis harus menggambarkan bukan sahaja kemunculan nukleotida dan molekul organik lain tanpa penyertaan organisma hidup, tetapi juga interaksi mereka dalam keadaan Bumi awal, interaksi yang membawa kepada pembentukan sel pertama.
Alexander Enikeev
