"Mitmed küsimused elu päritolu kohta on saanud vastuse, kuid palju on veel vaja uurida," ütlesid Stanley Miller ja Harold Urey 1959. aastal pärast seda, kui olid teatanud aminohapete laboratoorsest sünteesist primitiivsetes maa tingimustes. Paljud edusammud, kuid teadlased on pikka aega maadelnud põhimõttelise küsimusega – milline geneetiline materjal tekkis ürgsel Maal esimesena? DNA or RNA, või natuke mõlemat? Nüüd on tõendeid selle kohta DNA ja RNA mõlemad võisid ürgsupis koos eksisteerida, kust eluvormid võisid areneda koos vastavate geneetiliste materjalidega.
Molekulaarbioloogia keskne dogma väidab, et DNA teeb RNA teeb valgud. Valgud vastutavad enamuse, kui mitte kõigi organismis toimuvate reaktsioonide eest. Organismi kogu funktsionaalsus sõltub suuresti nende olemasolust ja koostoimest valk molekulid. Keskse dogma järgi valgud on toodetud sisalduva teabe põhjal DNA mis muudetakse funktsionaalseks valk Messengeri nimega RNA kaudu. Siiski on võimalik, et valgud suudavad iseseisvalt ilma ühegita ellu jääda DNA or RNA, nagu ka prioonide puhul (valesti volditud valk molekulid, mis ei sisalda DNA or RNA), kuid suudavad ise ellu jääda.
Seega võib elu tekke stsenaariume olla kolm.
A) Kui valgud või selle ehitusplokid said abiootiliselt moodustuda atmosfääris, mis eksisteeris miljardeid aastaid tagasi ürgsupis, valgud võib nimetada selle aluseks elu päritolu. Eksperimentaalsed tõendid selle kasuks pärinevad Stanley Milleri kuulsast katsest1, 2, mis näitas, et kui metaani, ammoniaagi, vee ja vesiniku segu segatakse kokku ja ringletakse mööda elektrilahendust, tekib aminohapete segu. Seda kinnitati uuesti seitse aastat hiljem3 1959. aastal Stanley Miller ja Harold Urey väitsid, et redutseeriva atmosfääri olemasolu ürgsel Maal põhjustas orgaaniline ühendid ülalnimetatud gaaside pluss väiksemas koguses süsinikmonooksiidi ja süsinikdioksiidi juuresolekul. Miller-Urey katsete asjakohasust seadis teadlaste vennaskond kahtluse alla mitu aastat, arvates, et nende uurimistöös kasutatud gaasisegu oli ürgse Maal valitsenud tingimuste suhtes liiga vähendav. Mitmed teooriad viitasid neutraalsele atmosfäärile, mis sisaldab ülemäärast CO2 koos N2 ja veeauruga4. Siiski on leitud, et neutraalne atmosfäär on ka usutav keskkond aminohapete sünteesiks5. Lisaks eest valgud et toimida elu algallikatena, peavad nad isepaljunema, mis viib erinevate kombinatsioonini valgud et rahuldada organismis toimuvaid erinevaid reaktsioone.
B) Kui ürgsupp andis tingimused ehitusplokkideks DNA ja / või RNA moodustada, siis võis geneetiline materjal olla kumbki neist. Seni on uurimused soosinud RNA olla geneetiline materjal eluvormide tekkeks tänu nende võimele end kokku voltida, eksisteerida ühe ahelana ja toimida ensüümina6, mis on võimeline tegema rohkem RNA molekulid. Mitmed isepaljunevad RNA ensüümid7 on aastate jooksul avastatud, mis viitab RNA olla lähtegeneetiline materjal. Seda tugevdas veelgi John Sutherlandi grupi uuring, mis viis RNA kahe aluse moodustumiseni ürgsupiga sarnases keskkonnas, lisades segusse fosfaati.8. RNA ehitusplokkide moodustumist on näidatud ka redutseeriva atmosfääri (sisaldab ammoniaaki, süsinikmonooksiidi ja vett) simuleerimisega, mis on sarnane Miller-Urey katses kasutatud atmosfääriga ning seejärel elektrilahenduste ja suure võimsusega laserite läbilaskmisega.9. Kui arvata, et RNA on algallikas, siis millal ja kuidas sai DNA ja valgud tekivad? Kas DNA arenevad hiljem geneetiliseks materjaliks RNA ja valkude ebastabiilse olemuse tõttu. Vastused kõigile neile küsimustele on endiselt vastuseta.
C) Kolmas stsenaarium, et DNA ja RNA võivad koos eksisteerida ürgses supis, mis viis elu tekkeni, pärineb 3. aastal avaldatud uuringutest.rd juunil 2020 John Sutherlandi töörühma poolt Ühendkuningriigis Cambridge'is asuvast MRC laborist. Teadlased simuleerisid tingimusi, mis eksisteerisid ürgsel Maal miljardeid aastaid tagasi, kusjuures laboris olid madalad tiigid. Esmalt lahustasid nad tekkivad kemikaalid RNA vees, millele järgneb nende kuivatamine ja kuumutamine ning seejärel UV-kiirgus, mis simuleeris ürgajal eksisteerivaid päikesekiiri. See ei viinud mitte ainult kahe ehitusploki sünteesini RNA aga ka DNA, mis viitab sellele, et mõlemad nukleiinhapped eksisteerisid elu tekkimise ajal koos10.
Tuginedes tänapäeval olemasolevatele kaasaegsetele teadmistele ja austades molekulaarbioloogia keskset dogmat, tundub usutav, et DNA ja RNA eksisteerisid koos, mis viis elu tekkeni ja valkude moodustumine tuli/toimus hiljem.
Siiski soovib autor spekuleerida veel ühe stsenaariumiga, kus kõik kolm olulist bioloogilist makromolekuli, st. Algses supis eksisteerisid koos DNA, RNA ja valk. Ürgsupis valitsenud segased tingimused, mis hõlmasid maapinna keemilist olemust, vulkaanipurskeid ja gaaside nagu ammoniaak, metaan, süsinikmonooksiid, süsinikdioksiid ja vesi, võisid olla ideaalsed kõikide makromolekulide moodustumiseks. Vihje sellele on andnud Feruse jt uuringud, kus nukleoalused moodustusid samas redutseerivas atmosfääris9 mida kasutati Miller-Urey katses. Kui seda hüpoteesi uskuda, siis evolutsiooni käigus võtsid erinevad organismid omaks üht või teist geneetilist materjali, mis soodustas nende edasist eksisteerimist.
Kuid kui me püüame mõista eluvormide päritolu, on vaja palju täiendavat uurimistööd, et vastata põhilistele ja asjakohastele küsimustele selle kohta, kuidas elu tekkis ja levis. See nõuaks "kastist väljas" lähenemist, tuginemata eelarvamustele, mida meie mõtlemisse toovad praegused teaduses järgitavad dogmad.
***
viited:
1. Miller S., 1953. Aminohapete tootmine võimalikes primitiivsetes maatingimustes. Teadus. 15. mai 1953: kd. 117, väljaanne 3046, lk 528–529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Prebiotic Soup – Revisiting the Miller Experiment. Teadus 02. mai 2003: kd. 300, väljaanne 5620, lk 745–746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL ja Urey HC, 1959. Orgaaniliste ühendite süntees ürgsel Maal. Teadus 31. juuli 1959: kd. 130, väljaanne 3370, lk 245–251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Atmosfääri koostis ja kliima varajasel Maal. Philos Trans R. Soc. Lond B. Biol. Sci. 361:1733–1741 (2006). Avaldatud: 07. september 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH et al 2008. Prebiootilise orgaanilise sünteesi ümberhindamine neutraalsetes planeetide atmosfääris. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Vahepealne jada RNA Tetrahymena on ensüüm. Science 31. jaanuar 1986: kd. 231, väljaanne 4737, lk 470–475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J et al 2011. Ribozyme-Catalyzed Transcription of an Active Ribozyme. Teadus 08. apr.: Vol. 332, väljaanne 6026, lk 209–212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Aktiveeritud pürimidiini ribonukleotiidide süntees prebiootiliselt usutavates tingimustes. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Nukleobaaside moodustumine Miller-Urey redutseerivas atmosfääris. PNAS, 25. aprill 2017, 114 (17) 4306-4311; esmakordselt avaldatud 10. aprillil 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 RNA pürimidiini selektiivne prebiootiline moodustumine ja DNA puriinnukleosiidid. Nature 582, 60–66 (2020). Avaldatud: 03. juuni 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
