Så, efter 1960-talet, forskare försöker att förstå var ursprunget till liv delades upp i tre grupper. Några av dem var övertygad om att livet började med bildandet av en primitiv version av biologiska celler. Andra trodde att ett viktigt första steg var det metabola systemet, och den tredje fokuserar på betydelsen av genetik, och replikering. Denna senare grupp började att räkna ut hur det skulle kunna se ut första Replicator, vilket innebär att det gjordes från RNA.
Del ett: hur man gör en bur?
Del två: den split i raden av forskare
Redan i 1960-e år forskare hade anledning att tro att RNA var källan till allt liv.
I synnerhet RNA kan göra något, som är DNA. Detta är ett enkelsträngat molekyl, därför, i motsats till stela, dubbelsträngat DNA, det kan sätta sig i ett antal olika former.
Liknande origami, vikning av RNA i Allmänhet, liknade beteende av proteiner. Proteiner är också i grund och botten långa kedjor av endast aminosyror, inte nukleotider, och detta gör det möjligt för dem att skapa komplexa strukturer.
Detta är nyckeln till den fantastiska förmågan av proteiner. Några av dem kan påskynda eller “katalysera kemiska reaktioner. Dessa proteiner kallas enzymer.
Många enzymer kan hittas du har i tarmen, där de bryter upp den komplexa molekyler med mat till enkla sockerarter av den typ som kan använda dina celler. Utan enzymer liv skulle vara omöjligt.
Leslie Orgel och Francis Crick började något att misstänka. Om RNA kan vikas som ett protein, kanske det kan bilda enzymer? Om detta vore sant, då RNA skulle vara äkta — och universal — live molekyl som lagrar information, som det gör nu DNA och katalysera reaktioner såsom proteiner.
Det var en bra idé, men i tio år har hon inte fått någon som helst bevis.
Thomas Cech, 2007
Thomas Cech var född och uppvuxen i Iowa. Som barn blev han fascinerad av stenar och mineraler. Och i Junior high school såg han att det lokala Universitetet och knackade på dörren geologer med en begäran om att visa modeller av mineral strukturer.
Men i slutet blev han en biokemist och fokuserade på RNA.
I början av 1980-talet Cech och hans kollegor vid University of Colorado i boulder, studerade den encelliga organismen Tetrahymena thermophila. En del av det är cellulär mekanism innebär att RNA-kedja. Cech har funnit att ett enskilt segment av RNA på något sätt var skild från resten, som det var att klippa med sax.
När forskarna tog bort alla enzymer och andra molekyler som kan agera som molekylär sax, RNA fortsatte att tillverkas. Hittade det första enzymet RNA: en kort sträcka av RNA, som kan skära sig själv från den långa kedjan som det är en del.
Den tjeckiska publicerades 1982. Nästa år kommer en annan grupp av forskare har upptäckt en andra enzymet RNA, “ribasim” (kort för “ribonukleinsyra” och “enzym”, enzym). Upptäckten av två enzymer och RNA en efter en pekat på det faktum att det bör finnas en hel del mer. Och så tanken på att livet börjar med RNA började se respektabel.
Men, namnet på denna idé gav Walter Gilbert från Harvard University i Cambridge, Massachusetts. Som en fysiker, beundrar molekylärbiologi, Gilbert var också en av de första anhängarna av sekvensering av det mänskliga genomet.
1986 Gilbert skrev i Naturen att livet började i “den RNA-värld”.
Den första etappen av utvecklingen, hävdade Gilbert, bestod av “RNA-molekyler för att utföra den katalytiska aktiviteter som krävs för att bygga in oss själva i en buljong av nukleotider”. Kopiera och klistra in olika bitar av RNA tillsammans, RNA-molekyler kan ha en mer användbar sekvens. Slutligen har de hittat ett sätt att skapa proteiner och protein enzymer, som har varit så användbar som till stor del ersatts versioner av RNA och gav upphov till livet vi har.
“Världen av RNA” är ett elegant sätt att samla komplex liv från grunden. I stället för att förlita sig på samtidig utbildning av tio av biologiska molekyler från en ursoppa “en för alla” en molekyl skulle kunna göra allt arbete.
I 2000, hypotesen om den “RNA-värld” hade en stor del av underlagen.
Ribosomen gör proteiner
Thomas Steitz ägnat 30 år åt att studera strukturen av molekyler i levande celler. I 1990-e år han ägnat sig åt den allvarliga uppgiften att räkna ut strukturen av ribosomen.
Ribosomen är i varje levande cell. Denna enorma molekyl läser de instruktioner som finns i RNA och bygger aminosyror för att få proteiner. Ribosomer i dina celler och byggt en stor del av din kropp.
Det var känt att ribosomen innehåller RNA. Men i 2000 ett team av Staten fram en detaljerad bild av strukturen av ribosomen, som visade att RNA katalytisk kärnan av ribosomen.
Detta var viktigt eftersom ribosomen är fundamentalt viktigt för att livet och det är mycket gammalt. Det faktum att denna viktiga maskinen var byggd för RNA gjort hypotesen om den “RNA-världen” ännu mer trovärdigt.
Anhängare av “RNA-värld”, triumferade, och under 2009 STAC fick en andel av Nobelpriset. Men sedan då forskare började tvivla. Från början idén om “RNA-värld” hade två problem. Kunde RNA faktiskt utföra alla de funktioner som livet självt? Om hon kunde form på den tidiga Jorden?
Det har gått 30 år sedan dess, så Gilbert lade Grunden för “RNA-världen”, och vi har fortfarande inte hittat en solid bevis att RNA kan göra allt som kräver hennes teori. Skickliga är en liten molekyl, men det kanske inte kan göra allt.
En sak var klart. Om livet började med RNA-molekyler, RNA hade för att kunna göra kopior av sig själv: hon var tvungen att vara självreproducerande, självreproducerande.
Men ingen av de kända RNA kan inte replikera. Som med DNA. De behöver en bataljon av andra enzymer och molekyler för att skapa en kopia eller en bit av RNA eller DNA.
Därför, i slutet av 1980-talet vissa forskare har börjat en mycket verklighetsfrämmande quest. De bestämde sig för att skapa ett självreplikerande RNA ensam.
Jack Szostak
Jack Szostak från Harvard school of medicine var en av de första som tog del i det. I sin barndom var han fascinerad av den kemi som gjorde labbet i källaren i sitt hus. Bortse från sin egen säkerhet när han orsakade en explosion, varefter taket fastnat glasrör.
I början av 1980-talet Shostak hjälpte till att visa hur gener är att skydda dig själv från åldrandet. Detta är en ganska tidig forskning som så småningom förde honom Nobelpriset. Emellertid snart, att han beundrade de enzymer RNA av Cech. “Jag trodde att detta arbete är oöverträffad, säger han. “I princip är det möjligt att RNA catalyzes sin egen reproduktion”.
1988, Cech hittade en RNA-enzym som kan bygga en kort RNA-molekyl med en längd av 10 nukleotider. Shostak bestämde sig för att förbättra upptäckten, att producera nya enzymer och RNA i laboratoriet. Hans team har skapat en uppsättning av slumpmässiga sekvenser och kollade om åtminstone en av dem katalytiska förmåga. Sedan tog de dessa sekvenser, omarbetad, och testade igen.
Efter 10 omgångar av sådana åtgärder Shostak gjort enzymet RNA, som snabbare reaktion på sju miljoner gånger. Han visade att RNA-enzymer kan vara riktigt kraftfull. Utan enzymet kan inte replikera sig ens lite. Shostak nått ett dödläge.
Kanske livet inte börja med RNA
Nästa stora steg som genomfördes under 2001 en före detta student Shostak David Bartel från Massachusetts Institute of technology i Cambridge. Bartel gjort RNA enzym R18, som endast kan lägga till nya nukleotider i RNA-kedja baserat på en befintlig mall. Med andra ord, tillade han inga slumpmässiga nukleotider: han riktigt kopieras sekvensen.
Även om detta inte var cameralocation, men något liknande. R18 bestod av en kedja av 189 nukleotider och på ett tillförlitligt sätt kunde lägga till 11 nukleotider i kedjan: 6% av dess längd. Förhoppningen var att ett par tweaks kommer att tillåta honom att bygga kedja längd 189 nukleotider — som sig själv.
Det bästa som har gjorts, tillhörde Philip Holliger under 2011 från Laboratoriet för molekylärbiologi i Cambridge. Hans team skapat en modifierad R18 kallas tC19Z, som kopierade den sekvens till 95 nukleotider i längden. Detta är 48% av dess längd: mer än R18, men inte 100%.
Ett alternativ var föreslagna av Gerald Joyce och Tracey Lincoln för SCRIPPS Institute i La JOLLA, Kalifornien. Under 2009 skapade de enzymet RNA som sprids indirekt. Deras enzym sammanför två kort bit av RNA att skapa en andra enzym. Då slås de andra två delarna av RNA att återskapa den ursprungliga enzym.
När tillgången på råvaror denna enkla cykel kan fortsätta på obestämd tid. Men de enzymer som bara fungerade när de gavs rätt kedja av RNA som hade att göra Joyce och Lincoln.
För många forskare som är skeptiska till “RNA-värld”, avsaknaden av en självreplikerande RNA är ett allvarligt problem för denna hypotes. RNA, tydligen, kan bara inte ta det och börja livet.
Problemet förvärrades av misslyckande av kemister i försök att skapa RNA från scratch. Det verkar som en enkel molekyl jämfört med DNA, men gör det extremt svårt.
Problemet ligger i Sahara och trädgård att göra upp varje nukleotid. Du kan göra var och en av dem separat, men de ståndaktigt vägra att kommunicera. I början av 1990-talet problemet blev uppenbar. Många biologer misstänkt att hypotesen om “RNA-värld”, trots överklagande, kan inte vara helt sant.
Istället, kanske den tidiga Jorden var en annan typ av molekyl: något enklare än RNA som faktiskt kan höja sig från den ursoppa och börja med att replikera. För det första kan denna molekyl, som sedan ledde till RNA, DNA och andra.
DNA var osannolikt att det har bildats på den tidiga Jorden
1991 Peter Nielsen från Köpenhamns Universitet i Danmark kom upp med en kandidat i den primära Replicator.
Det var i huvudsak en tungt modifierad version av DNA. Nielsen har haft samma grunder — A, T, C och G finns i DNA, men det grundläggande kedja av molekyler som kallas polyamider, inte från socker, som också kan vara finns i DNA. Han döpte den nya molekylen, polyamid nukleinsyra eller PNA. Oförklarligt sedan dess blev hon känd som en peptid nukleinsyra.
PNK aldrig träffat i naturen. Men hon agerar nästan som DNA. Kedjan PNK kan även ta plats i en av de kedjor av DNA-molekylen och basen kompis som vanligt. Dessutom, PNK kan vrida in en double helix, såsom DNA.
Stanley Miller var nyfiken. Djupt skeptisk hänvisning till RNA-värld, han misstänkte att NCP var en mycket mer sannolikt kandidat för det första genetiskt material.
År 2000 gjorde han flera självklarhet. När han är 70 och han hade drabbats av flera slag som skulle skicka honom till ett vårdhem, men inte ge upp. Han upprepade sitt klassiska experiment som vi diskuterade i första Kapitlet, denna gång med hjälp av metan, kväve, ammoniak och vatten — och fick polyamid-baserade PNK.
Detta gjorde det möjligt att anta att PNA, i motsats till RNA kunde ha bildats på den tidiga Jorden.
Behandla molekyl-nukleinsyra
Andra kemister har komma med alternativa nukleinsyror.
I 2000, albert Asanother gjort behandla-nukleinsyra (Tnf). Det är samma DNA, men med ett annat socker. Kedjor av transnationella Företag kan bilda en dubbel helix och den information som kopieras i båda riktningar mellan RNA och transnationella Företag.
Dessutom, transnationella Företag kan vara i en komplicerad form och även kontakt med protein. Detta tyder på att Företagen kan fungera som ett enzym som RNA.
I 2005, Eric gjorde Megges glykol nukleinsyra som kan bilda spiralformade strukturer.
Var och en av dessa alternativa nukleinsyror har sina anhängare. Men inga spår av dem i naturen är inte att hitta, så om det första livet verkligen använt dem någon gång, hon var tvungen att helt överge dem till förmån av RNA och DNA. Detta kan vara sant, men det finns inga bevis.
Som ett resultat av mitten av 2000-x år anhängare av RNA-världen var i ett dilemma.
Å ena sidan, RNA enzymer som har funnits och som ingår som en av de viktigaste delarna av biologisk ingenjörskonst, ribosomen. Bra.
Men självreplikerande RNA kunde inte hittas och ingen kunde förstå hur RNA bildas i den primära buljong. Alternativa nukleinsyra skulle kunna lösa detta problem, men det finns inga bevis för att de existerat i naturen. Inte mycket bra.
Den självklara slutsatsen var: “RNA-världen”, trots sitt överklagande, var en myt.
Under tiden, sedan 1980-talet, åren gradvis fått upp farten en annan teori. Dess anhängare säger att livet började med RNA, DNA eller andra genetiska material. I stället, det började med att den mekanism av energianvändningen.
Livet behöver energi för att överleva.
Uppföljaren kommer att bli.
Mysteriet med livets uppkomst på Jorden. Del tre: en sökning för första Replicator
Ilya Hel