Πριν υπάρξει το πρώτο κύτταρο, δεν υπήρχε μεμβράνη να κρατά τα μόρια κοντά, ούτε εσωτερικό περιβάλλον να τα προστατεύει. Παρ’ όλα αυτά, κάποια μόρια έπρεπε να συναντηθούν, να αλληλεπιδράσουν και να επιβιώσουν. Μια νέα μελέτη προτείνει ότι μέρος της απάντησης κρύβεται σε μια μικρή χημική διαφορά ανάμεσα στο RNA και το DNA.
Το πρόβλημα της «κότας και του αυγού»
Η θεωρία του «κόσμου του RNA» υποστηρίζει ότι το RNA είχε κεντρικό ρόλο στην εμφάνιση της ζωής. Το RNA μπορεί να αποθηκεύει πληροφορία και, σε ορισμένες περιπτώσεις, να επιταχύνει χημικές αντιδράσεις. Το ερώτημα είναι πώς μπορούσε να συγκεντρώνεται και να προστατεύεται χωρίς κύτταρα. Η απάντηση μπορεί να βρίσκεται στην ικανότητα του RNA να συναθροίζεται σε υγρόμορφα σταγονίδια, γνωστά ως συμπυκνώματα (condensates).
Τι έδειξε η νέα έρευνα
Η μελέτη, με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Μπάφαλο (University at Buffalo) και συνεργασία με την Jerelle Joseph του Πανεπιστημίου Princeton, δημοσιεύθηκε στις 31 Ιουλίου στο Nature Communications. Η ομάδα του Priya Banerjee είχε δείξει ήδη το 2023 ότι το RNA τείνει να οργανώνεται σε υγρόμορφα σταγονίδια σε υψηλές θερμοκρασίες.
Αυτή τη φορά οι ερευνητές συνέκριναν το RNA με μονόκλωνο DNA που είχε ουσιαστικά την ίδια αλληλουχία. Το RNA άρχισε να σχηματίζει σταγονίδια σε θερμοκρασίες περίπου 10 βαθμούς Κελσίου χαμηλότερες από το αντίστοιχο DNA, δηλαδή έδειξε ισχυρότερη τάση να συμπυκνώνεται.
Η ευθύνη της 2′-υδροξυλομάδας
Η διαφορά εντοπίζεται στη χημεία του σακχάρου. Κάθε μονάδα σακχάρου στο RNA φέρει μια χημική ομάδα, τη 2′-υδροξύλιο (2′-OH), που απουσιάζει από το DNA. Αυτή η μικρή διαφορά φαίνεται να εξηγεί δύο πράγματα. Το RNA σχηματίζει πιο εύκολα σταγονίδια όταν ανεβαίνει η θερμοκρασία, και τα σταγονίδιά του έχουν μεγαλύτερη τάση να μετατρέπονται σε δύσκαμπτες, ζελατινώδεις δικτυωμένες δομές. Η θερμοκρασία επηρεάζει τις φυσικές ιδιότητες των συμπυκνωμάτων: μια πιο δικτυωμένη δομή μπορεί να χαλαρώσει και να πάρει τη μορφή στρογγυλών σταγονιδίων.
Γιατί έχει σημασία
Για τους ερευνητές, τέτοια σταγονίδια θα μπορούσαν να λειτουργούν ως πρωτόγονα διαμερίσματα. Ο Banerjee έχει διατυπώσει την υπόθεση ότι το θερμοκρασιακά ελεγχόμενο σχηματισμός σταγονιδίων μπορεί να προστάτευε το RNA στον προβιοτικό κόσμο από τις σκληρές συνθήκες και να οργάνωνε τις λειτουργίες του. Οι ζελατινώδεις δομές θα μπορούσαν να προσφέρουν επιπλέον σταθερότητα.
Τι δεν έχει αποδειχθεί
Η μελέτη δεν αποδεικνύει ότι η ζωή ξεκίνησε με αυτόν τον τρόπο. Δείχνει ένα φυσικοχημικό μηχανισμό που θα μπορούσε να έχει συμβάλει. Και άλλες έρευνες δείχνουν ότι η εικόνα δεν είναι μονοσήμαντη. Σε διαφορετική μελέτη, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Γκουέλφ βρήκαν ότι τα σταγονίδια με βάση το RNA ήταν πιο σταθερά, ενώ εκείνα με βάση το DNA ήταν λιγότερο σταθερά αλλά πολύ πιο ρευστά. Επιπλέον, η αντιγραφή του RNA λειτούργησε καλά στα σταγονίδια DNA και επιβραδύνθηκε στα σταγονίδια RNA. Η σταθερότητα και η ρευστότητα φαίνεται λοιπόν να είναι αντικρουόμενες ιδιότητες, και τα πρώτα «πρωτοκύτταρα» μπορεί να χρειάστηκαν ισορροπία ανάμεσά τους.
Η αρχή της ζωής παραμένει ανοιχτό ζήτημα. Το ότι μία χημική ομάδα μπορεί να εξηγεί μεγάλο μέρος της συμπεριφοράς του RNA δίνει στους επιστήμονες ένα συγκεκριμένο σημείο για περαιτέρω δοκιμές.
Πηγές: ανακοινώσεις του University at Buffalo και μελέτη στο Nature Communications· συγκριτικά δεδομένα από το Πανεπιστήμιο του Γκουέλφ.