Så efter 1960’erne, forskerne forsøger at forstå livets oprindelse blev inddelt i tre grupper. Nogle af dem blev overbevist om, at livet begyndte med dannelsen af en primitiv udgave af biologiske celler. Andre troede, at en af de vigtigste første skridt var den metaboliske system, og den tredje med fokus på betydningen af genetik, og replikation. Denne sidstnævnte gruppe begyndte at regne ud, hvordan kunne se de første Replicator, hvilket indebærer, at det blev gjort fra RNA.
Første del: hvordan man laver et bur?
Del to: opdelingen i rækken af forskere
Allerede i 1960-e år har forskere havde grund til at tro, at RNA, som var kilden til alt liv.
Især RNA kan gøre noget, der er DNA. Dette er et enkeltstrenget molekyle, derfor, i modsætning til den stive, dobbelt-strenget DNA, kan det sætte sig i en række forskellige former.
Svarende til origami, foldning af RNA i Almindelighed, lignede den adfærd af proteiner. Proteiner også er dybest set lange kæder af kun aminosyrer, ikke nukleotider, og det giver dem mulighed for at skabe komplekse strukturer.
Dette er nøglen til den fantastiske evne af proteiner. Nogle af dem kan fremskynde eller “katalysere kemiske reaktioner. Disse proteiner er kendt som enzymer.
Mange enzymer, der kan findes, som du har i tarmen, hvor de bryde op komplekse molekyler af mad til simple sukkerarter af den type, der kan bruge dine celler. Uden enzymer ville livet være umuligt.
Leslie Orgel og Francis Crick i gang noget til at formode. Hvis RNA kan være foldet som et protein, måske kan det danne enzymer? Hvis dette var sandt, så er RNA kunne være ægte — og universal — live-molekyle, der gemmer oplysninger, som den gør nu DNA og katalysere reaktioner som proteiner.
Det var en god idé, men i ti år har hun ikke havde fået nogen dokumentation.
Thomas Cech, 2007
Thomas Cech var født og opvokset i Iowa. Som barn blev han fascineret af sten og mineraler. Og i Junior high school, vendte han sig til det lokale Universitet og bankede på døren af geologer med anmodning om at vise modeller af mineralske strukturer.
Men i sidste ende, blev han en biokemiker og fokuseret på RNA.
I begyndelsen af 1980-erne Cech og hans kolleger ved University of Colorado i boulder, studerede den encellede organisme Tetrahymena thermophila. En del af det er den cellulære mekanisme indebærer RNA-kæde. Cech fandt, at et enkelt segment af RNA på en eller anden måde var adskilt fra resten, som det var, klippe med en saks.
Når forskere har fjernet alle enzymer og andre molekyler, der kunne fungere som en molekylær saks, RNA fortsatte med at blive fremstillet. De fandt, at den første enzym af RNA: en kort strækning af RNA, der er i stand til at skære sig fra den lange kæde, som er en del af.
Den tjekkiske blev offentliggjort i 1982. Næste år, en anden gruppe forskere har opdaget et andet enzym, RNA, “ribasim” (kort for “ribonukleinsyre” og “enzym”, enzym). Opdagelsen af de to enzymer RNA én efter én pegede på, at der skulle være en masse mere. Og så tanken om at livet begynder med RNA begyndt at se respektabel.
Men navnet på denne idé gav Walter Gilbert fra Harvard University i Cambridge, Massachusetts. Som fysiker, beundrer molekylær biologi, Gilbert var også en af de første tilhængere af sekventeringen af det humane genom.
I 1986 Gilbert skrev i Naturen, at livet begyndte i “RNA verden”.
Den første fase af udviklingen, hævdede Gilbert, der bestod af “RNA-molekyler, der udfører den katalytiske aktiviteter, der er nødvendige for at bygge os selv op i en bouillon af nukleotider”. Kopiering og indsætning af forskellige bits af RNA sammen, RNA-molekyler kan have en mere nyttige sekvens. Endelig fandt de en måde at skabe proteiner og protein-enzymer, der har været så nyttig, som i vid udstrækning afløst versioner af RNA og gav anledning til det liv, vi har.
“Verden af RNA” er en elegant måde at indsamle komplekse liv fra bunden. I stedet for at stole på den samtidige uddannelse af snesevis af biologiske molekyler fra en primordial soup, “en for alle” – molekyle, som kan gøre alt arbejdet.
I 2000, hypotesen om “RNA verden” havde en stor del af dokumentation.
Ribosomets gør proteiner
Thomas Steitz brugt 30 år på at studere strukturen af molekyler i levende celler. I 1990-e år har han helliget sig til den alvorlige opgave at finde ud af strukturen af ribosomets.
Ribosomets er i hver eneste levende celle. Denne enorme molekyle læser instruktionerne i RNA og bygger aminosyrer til at lave proteiner. Ribosomer i dine celler og bygget en stor del af din krop.
Det var kendt, at ribosom, hvor der indeholder RNA. Men i 2000 et team af produceret en detaljeret billede af strukturen af ribosomets, som viste, at RNA var den katalytiske kernen af ribosomets.
Dette var vigtigt, fordi ribosomets er af grundlæggende betydning for livet, og det er meget gammel. Det faktum, at denne vigtige maskine var bygget til RNA, lavet hypotesen om “RNA verden” endnu mere troværdig.
Tilhængere af “RNA verden” sejret, og i 2009 STAC har modtaget en andel af Nobelprisen. Men siden da, forskere begyndte at tvivle. Fra begyndelsen tanken om “RNA verden” havde to problemer. Kunne RNA rent faktisk at udføre alle de funktioner, der er selve livet? Hvis hun kunne være tidligt på Jorden?
Det har været 30 år siden, som Gilbert lagt Grundlaget for “RNA verden”, og vi har stadig ikke fundet klare beviser for, at RNA kan gøre alt, hvad der kræver sin teori. Dygtige er et lille molekyle, men det kan ikke være i stand til at gøre alt.
Én ting var klar. Hvis liv begyndte med RNA-molekyler, RNA var nødt til at være i stand til at lave kopier af sig selv: hun var nødt til at være selv-replikerende, selvkopierende.
Men ingen af de kendte RNA ikke kan formere sig. Som med DNA. De har brug for en bataljon af enzymer og andre molekyler til at lave en kopi eller et stykke RNA eller DNA.
Derfor, i slutningen af 1980-erne nogle forskere har startet en meget quixotic quest. De besluttede at oprette et selvkopierende RNA alene.
Jack Szostak
Jack Szostak fra Harvard school of medicine, var en af de første, der tog del i det. I sin barndom blev han fascineret af den kemi, der gjorde laboratoriet i kælderen i hans hus. Tilsidesætter sin egen sikkerhed, når han selv forårsagede en eksplosion, hvorefter loftet sidder fast i glasset.
I begyndelsen af 1980-erne Shostak været med til at vise, hvordan gener er at beskytte dig selv fra den aldrende proces. Dette er en temmelig tidlig forskning, der i sidste ende bragte ham Nobelprisen. Men snart, han beundrede de enzymer, RNA af Cech. “Jeg troede, at dette arbejde er uovertruffen,” siger han. “I princippet er det muligt, at RNA katalyserer sin egen reproduktion”.
I 1988, Cech fundet en RNA enzym, der kan konstruere en kort RNA-molekyle, med en længde af 10 nukleotider. Shostak besluttet at forbedre opdagelse, til at producere nye enzymer RNA i laboratoriet. Hans team har skabt et sæt af tilfældige sekvenser og kontrolleres, om mindst en af dem katalytisk evner. Så de tog disse sekvenser, omarbejdet, og testet igen.
Efter 10 runder af sådanne handlinger Shostak lavet enzymet RNA, som accelereres reaktionen på syv millioner gange. Han viste, at RNA enzymer, der kan være virkelig stærke. Men det enzym ikke kunne formere sig selv en lille smule. Shostak nået en blindgyde.
Måske er livet ikke begynde med RNA
Det næste store skridt blev foretaget i 2001 en tidligere elev Shostak David Bartel fra Massachusetts Institute of technology i Cambridge. Bartel lavet RNA enzym R18, som kun kan tilføje nye nukleotider i RNA-kæde, der er baseret på en eksisterende skabelon. Med andre ord, tilføjede han ingen tilfældig nukleotider: han korrekt kopieret sekvens.
Mens dette ikke var cameralocation, men noget lignende. R18 bestod af en kæde af 189 nukleotider og kunne pålideligt tilføj 11 nukleotider i kæden: 6% af sin længde. Håbet var, at et par tweaks, vil give ham mulighed for at opbygge en kæde længde 189 nukleotider — som sig selv.
Det bedste, der er blevet gjort, tilhørte Philip Holliger i 2011 fra Laboratoriet for molekylær biologi i Cambridge. Hans hold skabt en modificeret R18 kaldet tC19Z, som kopieret den sekvens til 95 nukleotider i længden. Det er 48% af sin længde: mere end R18, men ikke 100%.
En alternativ fremgangsmåde, der blev foreslået af Gerald Joyce og Tracey Lincoln SCRIPPS Institute i La JOLLA, Californien. I 2009 skabte de enzymet RNA, der er formeret indirekte. Deres enzym samler to kort stykke RNA til at skabe et andet enzym. Herefter fusionerer de to andre stykker af RNA til at genskabe den oprindelige enzym.
Når tilgængeligheden af råmaterialer denne enkle cyklus kan være fortsat på ubestemt tid. Men de enzymer, der arbejdede kun, når de fik den rigtige kæde af RNA, der havde at gøre Joyce og Lincoln.
For mange forskere, der er skeptiske over for “RNA verden”, manglen på et selvkopierende RNA er et fatalt problem for denne hypotese. RNA, som tilsyneladende bare ikke kan tage det og begynde livet.
Problemet blev forværret af den manglende kemikere i et forsøg på at skabe RNA fra bunden. Det ser ud til, at et enkelt molekyle i forhold til DNA, men gør det yderst vanskeligt.
Problemet ligger i Sahara, og de grunde, der gør op hver nukleotid. Du kan gøre hver enkelt af dem hver for sig, men de standhaftigt nægter at kommunikere. I begyndelsen af 1990-erne problemet klart. Mange biologer mistanke om, at hypotesen om den “RNA verden”, på trods af den appel, kan ikke være helt rigtigt.
I stedet, måske den tidlige Jord var en anden type molekyle: noget enklere end RNA, som faktisk kunne hæve sig fra den oprindelige suppe og begynder at formere sig. Først der kan være dette molekyle, som derefter førte til RNA, DNA og andre.
DNA var usandsynligt, at der har dannet sig på den tidlige Jord
I 1991 Peter Nielsen fra Københavns Universitet i Danmark kom op med en kandidat i den primære Replicator.
Det var hovedsagelig en stærkt modificeret version af DNA. Nielsen har fastholdt den samme baser — A, T, C og G er til stede i DNA, men de grundlæggende kæde af molekyler kaldet polyamider, ikke fra sukker, som også kan findes i DNA ‘ et. Han kaldte det nye molekyle, polyamid nukleinsyre, eller PNA. Uforklarligt, da hun blev kendt som en peptid-nukleinsyre.
PNK aldrig har mødt i naturen. Men hun handler næsten som DNA. Kæden PNK kan endda tage plads i en af de kæder af DNA-molekylet, og den base mate som sædvanlig. Desuden PNK kan vride ind i en dobbelt helix, som DNA.
Stanley Miller var fascineret. Dybt skeptisk med henvisning til RNA verden, han mistanke om, at NCP var en langt mere sandsynlige kandidat til den første genetiske materiale.
I 2000 foretog han flere selvstændige beviser. Ved den tid, han er 70, og han havde lidt flere streger, der kunne sende ham til et plejehjem, men ikke give op. Han gentog sit klassiske eksperiment, som vi diskuterede i det første Kapitel, denne gang ved hjælp af metan, kvælstof, ammoniak og vand — og fik polyamid-baseret PNK.
Dette må antage, at PNA, i modsætning til RNA kunne have dannet begyndelsen af Jorden.
Behandling af molekyle-nukleinsyre
Andre kemikere komme op med alternative nukleinsyrer.
I 2000, albert Asanother lavet behandle-nukleinsyre (Tnc). Det er den samme DNA, men med en anden sukker-baseret. Kæder af Tnc kan danne en dobbelt helix og de oplysninger, der er kopieret i begge retninger mellem RNA og Tnc.
Desuden, Tnc kan være i en kompliceret form, og selv kontakt med protein. Dette tyder på, at Tnc kan fungere som et enzym, som RNA.
I 2005, Eric lavet Megges glycol-nukleinsyre, som kan danne cylindriske strukturer.
Hver af disse alternative nukleinsyrer har sine tilhængere. Men ingen spor af dem i naturen er ikke til at finde, så hvis det første liv har virkelig brugt dem på et tidspunkt, at hun var nødt til at helt at opgive dem til fordel for RNA og DNA. Dette kan være sandt, men der er ingen beviser.
Som et resultat, i midten af 2000-x år tilhængere af RNA-verden var i et dilemma.
På den ene side, RNA enzymer har eksisteret, og i prisen en af de vigtigste dele af den biologiske engineering, den ribosom. Godt.
Men selvkopierende RNA ikke kunne findes, og ingen kunne forstå, hvordan RNA dannes i den primære bouillon. Alternative nukleinsyre kunne løse dette problem, men der er ingen beviser for, at de eksisterede i naturen. Ikke meget god.
Den indlysende konklusion var: “RNA verden”, på trods af sin appel, var en myte.
I mellemtiden, siden 1980’erne, år gradvist vundet indpas, en anden teori. Dens tilhængere siger, at livet startede med RNA, DNA eller andre genetiske materiale. I stedet, det begyndte med den mekanisme af energiforbruget.
Livet har brug for energi til at holde sig i live.
Efterfølgeren vil være.
Mysteriet om fremkomsten af liv på Jorden. Del tre: the search for første Replicator
Ilya Hel