"სიცოცხლის წარმოშობის შესახებ რამდენიმე კითხვაზე პასუხი გაცემულია, მაგრამ ჯერ კიდევ ბევრი რამ არის შესასწავლი", - თქვა სტენლი მილერმა და ჰაროლდ ურიმ ჯერ კიდევ 1959 წელს, მას შემდეგ რაც აცნობეს ამინომჟავების ლაბორატორიული სინთეზის შესახებ პრიმიტიულ დედამიწის პირობებში. ბევრი წინსვლაა, მაგრამ მეცნიერები დიდი ხანია ებრძვიან ფუნდამენტურ კითხვას - რომელი გენეტიკური მასალა პირველად ჩამოყალიბდა პირველყოფილ დედამიწაზე. დნმ or RNA, თუ ორივედან ცოტა? ახლა არსებობს მტკიცებულება, რომელიც ამტკიცებს ამას დნმ მდე RNA ორივე შეიძლება თანაარსებობდეს პირველყოფილ წვნიანში, საიდანაც სიცოცხლის ფორმები შესაძლოა განვითარდეს შესაბამის გენეტიკურ მასალებთან ერთად.
მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალურ დოგმაში ნათქვამია, რომ დნმ აკეთებს RNA აკეთებს ცილები. ცილები პასუხისმგებელნი არიან უმეტესობაზე, თუ არა ყველა რეაქციაზე, რომელიც ხდება ორგანიზმში. ორგანიზმის მთელი ფუნქციონირება დიდწილად დამოკიდებულია მათ არსებობაზე და ურთიერთქმედებებზე ცილის მოლეკულები. ცენტრალური დოგმის მიხედვით, ცილები წარმოიქმნება მასში მოცემული ინფორმაციით დნმ რომელიც გარდაიქმნება ფუნქციურ ცილის მესინჯერის მეშვეობით, რომელსაც რნმ ეწოდება. თუმცა, შესაძლებელია, რომ ცილები თავად შეუძლიათ დამოუკიდებლად იცხოვრონ ამის გარეშე დნმ or RNA, როგორც პრიონების შემთხვევაში (არასწორად დაკეცილი ცილის მოლეკულები, რომლებიც არ შეიცავს დნმ or RNA), მაგრამ შეუძლიათ დამოუკიდებლად გადარჩენა.
ამრიგად, სიცოცხლის წარმოშობის სამი სცენარი შეიძლება არსებობდეს.
ა) თუ ცილები ან მისმა სამშენებლო ბლოკებმა შეძლეს აბიოტიკურად ჩამოყალიბება ატმოსფეროში, რომელიც არსებობდა მილიარდობით წლის წინ პირველყოფილ სუპში, ცილები შეიძლება ეწოდოს საფუძველს სიცოცხლის წარმოშობა. მის სასარგებლოდ ექსპერიმენტული მტკიცებულება მომდინარეობს სტენლი მილერის ცნობილი ექსპერიმენტიდან1, 2, რომელმაც აჩვენა, რომ როდესაც მეთანის, ამიაკის, წყლისა და წყალბადის ნარევი ერთმანეთში აირევა და ელექტრული გამონადენის მიღმა გადის, წარმოიქმნება ამინომჟავების ნარევი. ეს კიდევ ერთხელ დადასტურდა შვიდი წლის შემდეგ3 1959 წელს სტენლი მილერმა და ჰაროლდ ურეიმ განაცხადეს, რომ პირველყოფილ დედამიწაზე ატმოსფეროს შემცირების არსებობამ გამოიწვია სინთეზი ორგანული ნაერთები ზემოაღნიშნული გაზების თანდასწრებით პლუს ნახშირბადის მონოქსიდისა და ნახშირორჟანგის უფრო მცირე რაოდენობით. მილერ-ურიის ექსპერიმენტების აქტუალობა რამდენიმე წლის განმავლობაში ეჭვქვეშ აყენებდა სამეცნიერო ძმობას, რომლებიც თვლიდნენ, რომ მათ კვლევაში გამოყენებული აირის ნარევი ძალიან მცირდებოდა იმ პირობების მიმართ, რაც არსებობდა პირველყოფილ დედამიწაზე. მრავალი თეორია მიუთითებს ნეიტრალურ ატმოსფეროზე, რომელიც შეიცავს CO2-ს ჭარბს N2-ით და წყლის ორთქლით4. თუმცა, ნეიტრალური ატმოსფერო ასევე გამოვლენილია, როგორც ამინომჟავების სინთეზის დამაჯერებელი გარემო5რა გარდა ამისა, ამისთვის ცილები იმისთვის, რომ იმოქმედონ როგორც სიცოცხლის საწყისები, მათ სჭირდებათ თვითგამრავლება, რაც იწვევს სხვადასხვას კომბინაციას ცილები ორგანიზმში მიმდინარე სხვადასხვა რეაქციების დასაკმაყოფილებლად.
ბ) თუ პირველყოფილი წვნიანი უზრუნველყოფს პირობებს სამშენებლო ბლოკებისთვის დნმ და / ან RNA რომ ჩამოყალიბებულიყო, მაშინ რომელიმე მათგანი შეიძლება ყოფილიყო გენეტიკური მასალა. კვლევა აქამდე ხელს უწყობს RNA იყოს სიცოცხლის ფორმების წარმოშობის გენეტიკური მასალა, იმის გამო, რომ მათ შეუძლიათ დაიკეცონ საკუთარ თავზე, არსებობდნენ როგორც ერთი ჯაჭვი და იმოქმედონ როგორც ფერმენტი6, შეუძლია მეტის გაკეთება RNA მოლეკულები. რიგი თვითგამრავლების რნმ ფერმენტები7 აღმოჩენილი წლების განმავლობაში ვარაუდობს RNA იყოს საწყისი გენეტიკური მასალა. ეს კიდევ უფრო გააძლიერა ჯონ საზერლენდის ჯგუფის მიერ ჩატარებულმა კვლევამ, რამაც გამოიწვია რნმ-ის ორი ფუძის წარმოქმნა პირველყოფილი სუპის მსგავს გარემოში, ნარევში ფოსფატის შეყვანით.8. რნმ-ის საშენი ბლოკების ფორმირება ასევე ნაჩვენებია შემცირებული ატმოსფეროს (ამიაკის, ნახშირბადის მონოქსიდისა და წყლის შემცველი) სიმულაციის გზით, მილერ-ურიის ექსპერიმენტში გამოყენებული მსგავსი ატმოსფეროს და შემდეგ მათში ელექტრული გამონადენის და მაღალი სიმძლავრის ლაზერების გატარებით.9. თუ რნმ უნდა მივიჩნიოთ ინიციატორი, მაშინ როდის და როგორ დნმ და წარმოიქმნება ცილები? გააკეთა დნმ მოგვიანებით განვითარდება, როგორც გენეტიკური მასალა, რნმ-ის არასტაბილური ბუნების გამო და პროტეინებს მოჰყვა. ყველა ამ კითხვაზე პასუხები კვლავ უპასუხოდ რჩება.
გ) მესამე სცენარი იმის შესახებ, რომ დნმ და რნმ შეიძლება თანაარსებობდეს პირველყოფილ წვნიანში, რამაც სიცოცხლის წარმოშობა გამოიწვია, მოვიდა 3-ში გამოქვეყნებული კვლევებიდან.rd 2020 წლის ივნისი ჯონ საზერლენდის ჯგუფის მიერ MRC ლაბორატორიიდან კემბრიჯში, დიდი ბრიტანეთი. მკვლევარებმა მოახდინეს იმ პირობების სიმულაცია, რომელიც არსებობდა პირველყოფილ დედამიწაზე მილიარდობით წლის წინ, ლაბორატორიაში ზედაპირული აუზებით. მათ პირველად დაშალეს წარმოქმნილი ქიმიკატები RNA წყალში, რასაც მოჰყვება მათი გაშრობა და გაცხელება და შემდეგ ულტრაიისფერი გამოსხივების ზემოქმედება, რომელიც ახდენდა მზის სხივების სიმულაციას პირველყოფილ დროში. ამან გამოიწვია არა მხოლოდ ორი სამშენებლო ბლოკის სინთეზი RNA არამედ დნმ, ვარაუდობს, რომ ორივე ნუკლეინის მჟავა თანაარსებობდა სიცოცხლის წარმოშობის დროს10.
დღეს არსებული თანამედროვე ცოდნის საფუძველზე და მოლეკულური ბიოლოგიის ცენტრალურ დოგმას ეყრდნობა, დასაჯერებელია, რომ დნმ და რნმ თანაარსებობდნენ, რამაც გამოიწვია სიცოცხლის წარმოშობა და ცილების წარმოქმნა მოგვიანებით გაჩნდა/მოხდა.
თუმცა, ავტორს სურს გამოთქვას სხვა სცენარი, სადაც სამივე მნიშვნელოვანი ბიოლოგიური მაკრომოლეკულა, ე.ი. დნმ, რნმ და ცილა ერთად არსებობდა პირველყოფილ წვნიანში. ბინძური პირობები, რომელიც არსებობდა პირველყოფილ სუპში, რომელიც მოიცავს დედამიწის ზედაპირის ქიმიურ ბუნებას, ვულკანურ ამოფრქვევებს და აირების არსებობას, როგორიცაა ამიაკი, მეთანი, ნახშირორჟანგი, ნახშირორჟანგი წყალთან ერთად, შესაძლოა იდეალური ყოფილიყო ყველა მაკრომოლეკულის ფორმირებისთვის. ამის მინიშნება მოწოდებულია ფერუსის და სხვების მიერ ჩატარებულმა კვლევამ, სადაც ნუკლეობაზები წარმოიქმნება იმავე შემცირების ატმოსფეროში.9 გამოიყენება მილერ-ურიის ექსპერიმენტში. თუ ჩვენ უნდა დავიჯეროთ ამ ჰიპოთეზის, მაშინ ევოლუციის მსვლელობისას სხვადასხვა ორგანიზმმა მიიღო ერთი ან მეორე გენეტიკური მასალა, რაც ხელს უწყობდა მათ არსებობას წინსვლის წინ.
თუმცა, როდესაც ჩვენ ვცდილობთ გავიგოთ სიცოცხლის ფორმების წარმოშობა, საჭიროა მრავალი შემდგომი კვლევა, რათა ვუპასუხოთ ფუნდამენტურ და შესაბამის კითხვებს იმის შესახებ, თუ როგორ წარმოიშვა და გავრცელდა სიცოცხლე. ეს მოითხოვს „გარეშე“ მიდგომას ყოველგვარი ცრურწმენების დაყრის გარეშე, რომელიც ჩვენს აზროვნებაშია შემოღებული მეცნიერებაში მიმდინარე დოგმებით.
***
წყაროები:
1. მილერი ს., 1953. ამინომჟავების წარმოება შესაძლო პრიმიტიული დედამიწის პირობებში. მეცნიერება. 15 წლის 1953 მაისი: ტ. 117, გამოცემა 3046, გვ. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. პრებიოტიკული სუპი – მილერის ექსპერიმენტის ხელახალი ვიზიტი. მეცნიერება 02 მაისი 2003: ტ. 300, გამოცემა 5620, გვ. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL და Urey HC, 1959. ორგანული ნაერთების სინთეზი პირველყოფილ დედამიწაზე. მეცნიერება 31 წლის 1959 ივლისი: ტ. 130, გამოცემა 3370, გვ 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. ატმოსფერული შემადგენლობა და კლიმატი ადრეულ დედამიწაზე. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). გამოქვეყნებულია: 07 წლის 2006 სექტემბერი. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. პრებიოტიკური ორგანული სინთეზის ხელახალი შეფასება ნეიტრალურ პლანეტარული ატმოსფეროში. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. შუალედური თანმიმდევრობა RNA ტეტრაჰიმენა არის ფერმენტი. მეცნიერება 31 იან 1986: ტ. 231, გამოცემა 4737, გვ. 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. მეცნიერება 08 აპრ: ტ. 332, გამოცემა 6026, გვ 209-212 (2011 წ.). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. გააქტიურებული პირიმიდინის რიბონუკლეოტიდების სინთეზი პრებიოტიკურად დამაჯერებელ პირობებში. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. ნუკლეობაზების ფორმირება მილერ-ურეის რედუქციურ ატმოსფეროში. PNAS 25 წლის 2017 აპრილი 114 (17) 4306-4311; პირველად გამოქვეყნდა 10 წლის 2017 აპრილს. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 რნმ პირიმიდინის შერჩევითი პრებიოტიკური ფორმირება და დნმ პურინის ნუკლეოზიდები. Nature 582, 60–66 (2020). გამოქვეყნებულია: 03 ივნისი 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
