NASANajnowsze ustalenia pokazują, że RNARola życia w preferowaniu białek lewoskrętnych może w mniejszym stopniu opierać się na odchyleniach chemicznych, a bardziej na presjach ewolucyjnych.
Odkrycie to jest częścią szerszych wysiłków mających na celu prześledzenie pochodzenia i cech życia, w tym badań nad istotami pozaziemskimi aminokwasy.
Odkrywanie orientacji molekularnych w początkach życia
Tajemnica, dlaczego życie opiera się na cząsteczkach o określonej orientacji, pogłębiła się po finansowanym przez NASA odkryciu dotyczącym RNA. RNA, cząsteczka, o której sądzono, że już wcześniej zawierała instrukcje dotyczące życia DNAStwierdzono, że wspomaga tworzenie bloków budulcowych białek zarówno w postaci leworęcznej, jak i praworęcznej. To zaskakujące odkrycie, opublikowane w Komunikacja przyrodniczapodważa długo utrzymywane założenia i może dostarczyć nowego wglądu w pochodzenie życia.
Homochiralność w cząsteczkach biologicznych
Białka, niezbędne cząsteczki życia, pełnią szeroki zakres funkcji, od tworzenia struktur takich jak włosy, po działanie jako enzymy regulujące reakcje chemiczne. Życie składa te białka z 20 aminokwasów kwas elementy budulcowe, łącząc je na niezliczone sposoby, tworząc miliony odrębnych białek.
Co ciekawe, niektóre aminokwasy mogą występować w dwóch postaciach lustrzanego odbicia, podobnie jak dłonie są lustrzanymi przeciwieństwami. Jednak życie wykorzystuje wyłącznie lewoskrętne wersje tych aminokwasów. Zjawisko to, znane jako homochiralność, od lat intryguje naukowców. Chociaż życie zbudowane z aminokwasów prawoskrętnych prawdopodobnie funkcjonowałoby równie dobrze, powód, dla którego życie preferuje wyłącznie odmianę lewoskrętną, pozostaje tajemnicą.
Rola RNA we wczesnych formach życia
DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) to cząsteczka zawierająca instrukcje dotyczące budowy i funkcjonowania żywego organizmu. Jednakże DNA jest złożone i wyspecjalizowane; „zleca” pracę polegającą na czytaniu instrukcji cząsteczkom RNA (kwasu rybonukleinowego) i budowaniu białek na cząsteczkach rybosomów. Specjalizacja i złożoność DNA skłania naukowców do myślenia, że miliardy lat temu, podczas wczesnej ewolucji życia, powinno było ją poprzedzić coś prostszego. Wiodącym kandydatem do tego celu jest RNA, który może zarówno przechowywać informację genetyczną, jak i budować białka. Hipotezę, że RNA mógł poprzedzać DNA, nazywa się hipotezą „świata RNA”.
Jeśli propozycja dotycząca świata RNA jest poprawna, to być może coś w RNA spowodowało, że faworyzował on budowę białek lewoskrętnych zamiast prawoskrętnych. Jednak nowa praca nie potwierdziła tego pomysłu, pogłębiając tajemnicę, dlaczego życie toczyło się z białkami lewoskrętnymi.
Eksperyment eksploracyjny dotyczący preferencji RNA
W eksperymencie przetestowano cząsteczki RNA, które działają jak enzymy budujące białka, zwane rybozymami. „Eksperyment wykazał, że rybozymy mogą faworyzować aminokwasy lewoskrętne lub prawoskrętne, co wskazuje, że ogólnie rzecz biorąc, światy RNA niekoniecznie będą silnie ukierunkowane na formę aminokwasów, którą obserwujemy obecnie w biologii” – stwierdziła Irene Chen, specjalistka ds. Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles (Uniwersytet Kalifornijski) Samueli School of Engineering, autor korespondencyjny Komunikacja przyrodnicza papier.
W eksperymencie badacze symulowali warunki, jakie mogły panować na wczesnej Ziemi w świecie RNA. Inkubowali roztwór zawierający rybozymy i prekursory aminokwasów, aby sprawdzić względny procent prawoskrętnego i lewoskrętnego aminokwasu, fenyloalaniny, który mógłby pomóc w wytworzeniu. Przetestowali 15 różnych kombinacji rybozymów i odkryli, że rybozymy mogą faworyzować aminokwasy lewoskrętne lub prawoskrętne. Sugerowało to, że początkowo RNA nie było predysponowane chemicznie do jednej formy aminokwasów. Ten brak preferencji podważa pogląd, że wczesne życie było predysponowane do wybierania aminokwasów lewoskrętnych, które dominują we współczesnych białkach.
Implikacje ustaleń dla chiralności życia
„Odkrycia sugerują, że ostateczna homochiralność życia może nie być wynikiem determinizmu chemicznego, ale mogła wyłonić się w wyniku późniejszych nacisków ewolucyjnych” – powiedział współautor Alberto Vázquez-Salazar, doktorant na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles i członek grupy badawczej Chena.
Historia prebiotyczna Ziemi wykracza poza najstarszą część zapisu kopalnego, który został wymazany przez tektonikę płyt, czyli powolne ubijanie skorupy ziemskiej. W tym czasie planeta została prawdopodobnie zbombardowana przez asteroidy, które mogły dostarczyć część elementów budulcowych życia, takich jak aminokwasy. Równolegle do eksperymentów chemicznych inni badacze pochodzenia życia przyglądali się dowodom molekularnym pochodzącym z meteorytów i asteroid.
Pogoń NASA za aminokwasami pozaziemskimi
„Zrozumienie chemicznych właściwości życia pomaga nam wiedzieć, czego szukać podczas poszukiwań życia w Układzie Słonecznym” – powiedział współautor Jason Dworkin, starszy naukowiec ds. astrobiologii w Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA w Greenbelt w stanie Maryland i dyrektor ds. Laboratorium Analityczne Astrobiologii Goddarda.
Dworkin jest naukowcem zajmującym się projektem w NASA OSIRIS-REx misja, która pobrała próbki z asteroidy Bennu i dostarczyła je na Ziemię w zeszłym roku w celu dalszych badań.
„Analizujemy próbki OSIRIS-REx pod kątem chiralności (zręczności) poszczególnych aminokwasów, a w przyszłości próbki z Mars zostaną również przetestowane w laboratoriach pod kątem dowodów życia, w tym rybozymów i białek” – powiedział Dworkin.
Więcej informacji na temat tego badania można znaleźć w artykule NASA odkrywa skręt RNA, który może na nowo zdefiniować historię powstania życia.
Odniesienie: „Prebiotyczny transfer chiralny z samoaminoacylujących rybozymów może faworyzować obie ręce” Josh Kenchel, Alberto Vázquez-Salazar, Reno Wells, Krishna Brunton, Evan Janzen, Kyle M. Schultz, Ziwei Liu, Weiwei Li, Eric T. Parker, Jason P. Dworkin i Irene A. Chen, 12 września 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52362-x
Badania były wspierane przez granty NASA, Simons Foundation Collaboration on the Origin of Life i National Science Foundation. Vázquez-Salazar dziękuje za wsparcie w ramach programu podoktoranckiego NASA, który jest administrowany przez Oak Ridge Associated Universities na podstawie umowy z NASA.
