Kako je složen život mogao da se razvije na negostoljubivoj ranoj Zemlji? Na početku je morala postojati ribonukleinska kiselina (RNA) koja je nosila prve genetske informacije. Da bi izgradili složenost u svojim sekvencama, ovi biomolekuli moraju da oslobode vodu. Na ranoj Zemlji, koja je uglavnom bila prekrivena morskom vodom, to nije bilo tako lako učiniti.
U radu objavljenom u Journal of the American Chemical Society (JACS), istraživači iz tima profesora LMU Dietera Brauna pokazali su da su u borbi RNK sa okolnom vodom njene prirodne sposobnosti recikliranja i pravi ambijentalni uslovi mogli biti odlučujući.
„Građevinski blokovi RNK oslobađaju molekul vode za svaku vezu koju formiraju u rastućem lancu RNK“, objašnjava Braun, portparol Centra za kolaborativno istraživanje (CRC) za molekularnu evoluciju u prebiotičkim okruženjima i koordinator u ORIGINS Ekcellence Clusteru.
„Kada se, obrnuto, voda doda molekulu RNK, blokovi za izgradnju RNK se vraćaju u prebiotički bazen.“ Ovaj obrt vode posebno dobro funkcioniše u uslovima niske slanosti sa visokim nivoom pH. „Naši eksperimenti pokazuju da bi život mogao nastati iz veoma malog skupa molekula, pod uslovima kao što su oni koji su vladali na vulkanskim ostrvima na ranoj Zemlji“, kaže Adriana Serrao, vodeći autor studije.
Pod ovim uslovima, RNK ima sposobnost razdvajanja bez dodavanja molekula vode. Kraj RNK lanca ostaje bez vode i može spontano da ponovo formira nove RNK veze. Braunova laboratorija je pokazala da ponovno vezivanje ove podeljene RNK funkcioniše efikasno i sa izuzetnom preciznošću prilikom kopiranja informacija o sekvenci.
Ovaj proces se odvija samo kada su blokovi za građenje RNK vezani za šablon RNK molekula sa precizno odgovarajućim parovima baza u dvolančanoj konfiguraciji. Ovo proizvodi kopiju postojeće RNK lanca pre nego što se raspadne dodavanjem vode.
Prethodno se pretpostavljalo da RNK može samo sebe da kopira samo ‘nasumično’ konstruišući sekvence dužine oko 200 nukleotida – takozvani ribozimi. Međutim, ribozimi mogu da deluju samo u fiziološkom rastvoru, a samim tim i u okruženju koje je neprijateljsko za RNK.
Kao rezultat ovog novog istraživanja, ove složene sekvence ribozima u ranim fazama evolucije RNK nisu neophodne. „Preciznost je uporediva sa kopiranjem RNK koje se postiže ribozimima“, kaže Sreekar Vunnava, takođe glavni autor studije. „To znači da bi svet RNK mogao nastati bez prethodne potrebe za dugim složenim sekvencama.“
Rani život se tako sastojao od veoma jednostavnog metaboličkog procesa u kome su sekvence RNK kopirane uz pomoć kontinuirane zamene sa recikliranim molekulima. Sve što je potrebno da bi se ovo dogodilo je alkalno slatkovodno okruženje kakvo i danas postoji na vulkanskim ostrvima poput Havajskog arhipelaga ili Islanda.
„I tako je život mogao nastati iz jednostavne, hladne prebiotičke primordijalne supe građenih blokova RNK“, objašnjava Braun.
Iako se reakcije odvijaju veoma sporo u ovim uslovima i zahtevaju nekoliko dana da se završe, na početku evolucije nije nedostajalo vremena, a hladna slatkovodna skloništa na prvobitnim vulkanskim ostrvima omogućila su RNK da preživi na inače negostoljubivoj ranoj Zemlji.
