Το μοντέλο υποδηλώνει πώς το αρχαίο RNA μπορεί να έχει κερδίσει την ικανότητα αυτο-κοπής απαραίτητη για τη ζωή

Οι επιστήμονες πρότειναν ένα νέο μοντέλο που περιγράφει πώς τα αρχαία μόρια RNA μπορεί να έχουν αποκτήσει την ικανότητα να κόβονται. Αυτή η ικανότητα αυτοσυγκέντρωσης ή αυτο-διάσπαση θεωρείται κρίσιμη για την εξέλιξη της ζωής που βασίζεται στο RNA πριν από την εμφάνιση πρωτεϊνών και DNA. Το μοντέλο, το οποίο παρουσιάζεται στο περιοδικό Nature Chemistry, φωτίζει τις χημικές διεργασίες που θα μπορούσαν να έχουν οδηγήσει στην προέλευση και την ποικιλομορφία των ριβοένζων, των μορίων RNA που μπορούν να λειτουργήσουν ως καταλύτες.

Τα ριβοένζυμα είναι βασικά συστατικά της παγκόσμιας υπόθεσης RNA, γεγονός που υποδηλώνει ότι το RNA προηγήθηκε των πρωτεϊνών ως πρωταρχικής μεταφοράς πληροφοριών και καταλυτικών μορίων στην πρώιμη ζωή. Αυτά τα μόρια RNA θα χρειαζόταν την ικανότητα να αυτο-διαμορφώνονται σε ακριβείς θέσεις για να ρυθμίσουν τη δική τους αναπαραγωγή, επεξεργασία και λειτουργία.

Το νέο μοντέλο, που αναπτύχθηκε από ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ινστιτούτου Επιστημών και Τεχνολογίας της Οκινάουα στην Ιαπωνία, προτείνει ότι η αυτο-διάσπαση θα μπορούσε να προκύψει από την αλληλεπίδραση μεταξύ των μορίων RNA και των απλών χημικών ειδών, όπως τα μεταλλικά ιόντα και τα μικρά οργανικά μόρια, σε ένα προετοιμαστικό περιβάλλον.

"Προτείνουμε ότι η αυτο-διάσπαση του RNA θα μπορούσε να προέρχεται από μη ενζυματικές αντιδράσεις, που οδηγείται από τη χημική αντιδραστικότητα του ίδιου του RNA, σε συνδυασμό με τη βοήθεια των μεταλλικών ιόντων και άλλων μικρών μορίων που ήταν άφθονα στην πρεβιοτική γη", εξήγησε ο αντίστοιχος συγγραφέας Dr. Ryuichi Masui, επικεφαλής της ομάδας στο OIST Precursory Hemistry.

Το μοντέλο υποδεικνύει ότι ορισμένες αλληλουχίες RNA, που ονομάζονται ριβοένζυμα φουρκέτας, θα μπορούσαν να έχουν αυτοκαθοριστεί μέσω μιας συγκεκριμένης χημικής αντίδρασης που ονομάζεται αντίδραση μετεστεροποίησης. Αυτή η αντίδραση περιλαμβάνει τη μεταφορά μιας φωσφορικής ομάδας από ένα μόριο RNA σε άλλο, με αποτέλεσμα τη διάσπαση της ραχοκοκαλιάς RNA.

Οι ερευνητές εξέτασαν το μοντέλο τους χρησιμοποιώντας συνθετικά μόρια RNA και διαπίστωσαν ότι η παρουσία μεταλλικών ιόντων, όπως το μαγνήσιο ή το ασβέστιο, ενίσχυσε σημαντικά τον ρυθμό αυτο-διάσπασης σε ριβοένζυμα φουρκέτας. Προσδιόρισαν επίσης ένα μικρό οργανικό μόριο, ιμιδαζόλη, το οποίο επιτάχυνε περαιτέρω την αντίδραση αυτο-διάσπασης.

Σύμφωνα με το μοντέλο, αυτά τα πρεβιοτικά χημικά είδη θα μπορούσαν να έχουν ενεργήσει ως καταλύτες, προωθώντας την αυτοπεποίθηση των μορίων RNA και διευκολύνοντας την εξέλιξη πιο σύνθετων και ποικίλων ριβοένζων.

Τα ευρήματα παρέχουν νέες γνώσεις για την προέλευση των καταλυτικών μορίων RNA και προσφέρουν υποστήριξη για την υπόθεση του RNA World. Η μελέτη υπογραμμίζει τον πιθανό ρόλο των μη ενζυματικών αντιδράσεων, των μεταλλικών ιόντων και των μικρών οργανικών μορίων στην εμφάνιση των συστημάτων αυτοαναπλήλης και λειτουργικών RNA στα αρχικά στάδια της εξέλιξης της ζωής.

"Το μοντέλο μας υποδηλώνει ότι η αυτο-διάσπαση του RNA θα μπορούσε να προκύψει από απλές χημικές διεργασίες, καθορίζοντας το στάδιο για την εμφάνιση πιο σύνθετων μορίων RNA και τελικά οδηγώντας στην προέλευση της ζωής", κατέληξε ο Δρ Masui.