원시 수프에서 생명이 어떻게 생겼는지 연구하는 과학자들은 혼란을 청소하기에는 너무 열망했습니다.
40 억 년 전, 프리 바이오 틱 지구는 다양한 출발 재료의 혼란스러운 멜랑이었습니다. 그럼에도 불구하고, 특정 주요 분자는 여전히 그 화학 신체 상해 (RNA, DNA 및 단백질)에서 나왔습니다. 그러나 캘리포니아의 Scripps Research Institute의 화학자 인 Ramanarayanan Krishnamurthy에 따르면, 그 일이 어떻게 일어 났는지 이해하기 위해 연구원들은 지구의 현재 주민들과 관련된 분자를 생성하는 분자를 생성하는 반응에 초점을 맞추 었습니다.
"그들은 오늘날 프리 바이오 틱 화학에 대한 생물학을 강요하려고 노력하고있다"고 그는 말했다. "그러나 원료에서 바로 최종 제품을 만들려고 노력합니다. 우리를 오도합니다."
."우리는 혼합물을 잊어 버렸다"고 덧붙였다. 그는 덧붙였다. 그리고 그와 함께, 잠재적으로 동일한 생물학적 결과를 초래할 수있는 더 회로적인 화학 경로, 흔적없이 사라진 삶의 경로에 대한 중간 단계가 될 수있다.
.실험가들은 비트와 조각으로 아미노산이나 뉴클레오티드와 같은 중요한 화합물을 합성하고 더 깨끗한 시작에서 생명을 거품으로 생각하는 것을 깨끗하고 직접적으로 유지하는 것이 좋습니다. 영국의 분자 생물학 MRC 실험실의 화학자 인 존 서덜랜드 (John Sutherland)는“시스템에 너무 많이 통합하려고한다면 느낌이 들었다”고 말했다.
그러나 연구는 올바른 종류의 엉망으로 시작하는 것이 더 현실적 일뿐 만 아니라 삶에 중요한 재료를 생성하는 데 더 효과적이며, 더 순수한 시스템을 괴롭히는 문제를 해결하고 있음을 보여주기 시작했습니다. 조지아 기술 연구소 (Georgia Institute of Technology)의 화학자 인 니콜라스 허드 (Nicholas Hud)는“사람들이 일반적으로 사용하는 고립 된 반응물이 아니라 혼합물이있는 경우가있을 때가 있으며, 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다. 혼합물을 고려할 때, 어떤면에서는“우리가 생각하는 것만 큼 어렵지 않습니다.”
.현재까지 가장 설득력있는 증거에서, Krishnamurthy와 그의 실험실의 박사후 연구원 인 Subhendu Bhowmik은 키메라 RNA-DNA 분자 시스템 (RNA와 DNA의 화학 단위로 구축 된 분자)이 어떻게 순수한 RNA와 순수한 DNA를 생성했는지 순수한 시스템보다 쉽게 생성하는 방법을 조사했습니다. 오늘날 자연 화학 에 발표 된이 작품 , 다양하고 복잡한 성분이 생명의 초기 진화에 얼마나 중요한지를 강조합니다.
하이브리드 몬스터를 가져 오십시오
수십 년 동안 수명 기원 연구자들을 낳은 이야기는 RNA 세계 시나리오입니다. 순수한 RNA는 분자의 원래 프리 바이오 틱 국물 내에서 발생했습니다. RNA는 그 자체의 사본을 만들었지 만 나중에 복제에서보다 안정적인 파트너로 진화하고 발명했다. 펩티드는 길을 따라 어딘가에 춤을 추었습니다. 이 이론은 주로 RNA가 유전자 물질과 촉매로 작용할 수 있다는 발견에 의해 주로 강화되어 왔으며, 이는 인생의 역사 초기에 이러한 역할을 수행하고 나중에 배턴을 DNA와 단백질에 넘겨 줄 수 있음을 의미합니다.
.그러나 RNA 세계는 완벽한 솔루션이 아닙니다. 아마도 가장 큰 걸림돌은 실험실에서 순수한 RNA를 지속적으로 복제하는 데 심각한 문제가 있다는 것입니다. 그 자체의 사본을 만드는 첫 단계로서, 단일 가닥의 RNA는 주변에서 보완적인 뉴클레오티드 빌딩 블록을 가져 와서 함께 꿰매을 수 있습니다. 그러나 쌍을 이루는 RNA 가닥은 서로 너무 단단히 결합하여 도움없이 긴장을 풀지 않아서 추가 RNA 가닥의 촉매 또는 템플릿으로 작용하지 못하게합니다.
.서덜랜드는“정말 도전입니다. "그것은 오랫동안 현장을 다시 잡았습니다."
그러나 아마도 순수한 RNA 대신에 혼란스러워하는 화합물로 시작하여 Krishnamurthy는 이러한 용융 냄비와 관련된 2016 년 실험이 예기치 않은 결과를 산출 한 후에 고칠 수 있다고 생각했습니다.
.그는 HUD와 그들의 동료들은 RNA와 DNA 빌딩 블록의 구색으로 구성된 하이브리드 분자의 특성을 조사하고 있었는데, 이는“Chimera”라고 불렀습니다. 이는 사자, 염소 및 뱀 신체 부품을 결합한 그리스 신화의 괴물에게 끄덕입니다. 그들은 이러한 키메라가 RNA 세계에서 DNA를 함유 한 전환에 대한 통찰력을 제공 할 수 있다고 생각했다. 연구원들은 키메라가 이중 가닥 복합체를 형성했을 때 순수한 RNA 또는 순수한 DNA의 이중 가닥 복합체보다 덜 안정하다는 것을 발견했다. 당시 팀은 순수한 RNA와 순수한 DNA의 분자가 왜 더 혼합 된 것보다 자연의 유리한 유전자 상속 매체가되었는지를 나타내는 놀라운 발견을 해석했습니다.
.그러나 그것은 또한 Krishnamurthy의 사고를 얻었습니다. 키메라 불안정성이 대신 비밀리에 유익하고 게이트에서 바로 순수한 RNA와 순수한 DNA의 세계에 도달 할 수있는 더 자연스러운 방법을 제공한다면?
.그것이 바로 그와 Bhowmik이 새로운 연구에서 보여준 것입니다. 혼합 백본이있는 핵산은 약한 2 가닥 시스템을 형성했기 때문에 순수한 RNA에 대한 복제를 방해하는 가닥 분리 문제에 굴복하지 않았다. 더욱이, 그들의 복제 과정에서, RNA-DNA 키메라는 새로운 키메라 분자보다는 순수한 RNA 및 순수한 DNA의 가닥을 우선적으로 합성했으며, 순수한 핵산 템플릿보다 순수한 화합물을 더 많이 생산했다.
.생명이 끝나는 재료를 얻기 위해 일찍 RNA를 깨끗하게 합성 할 필요가 없었습니다. 지저분하고 불순한 템플릿으로는 충분하지 않고 더 잘 작동했습니다. Krishnamurthy는“반응이 혼합물로 발생하게된다면 실제로 원하지 않고 원하는 분자를 자동으로 제공합니다.”라고 Krishnamurthy는 말했습니다.
이러한 RNA-DNA Frankenstein 분자는 실험을 위해 편리한 발명품이 아닙니다. 알려진 살아있는 미생물이나 생물에는 키메라 게놈이 없지만, 한 연구 팀은 인위적으로 만들어졌습니다. coli 그렇게합니다. 그리고 효모와 다른 미생물은 실수로 그러한 실수를 제거하는 효소 시스템이 있지만 실수로 그러한 혼합물을 만드는 것으로 관찰되었습니다.
Krishnamurthy와 Bhowmik은 RNA와 TNA의 혼합물 인 인공 뉴클레오티드 인 RNA 세계 이전에 발생했을 수있는 것을 모델링하는 데 사용되는 RNA와 TNA의 혼합물과 함께 Chimeras-First 개념을 다른 시스템에도 적용했습니다. 결과는 동일했다 :더 복잡한 혼합물은 순수한 RNA 또는 순수한 TNA의 시스템보다 성능이 우수했다. Krishnamurthy는“이것은 깨끗한 [제품]을 일으키는 혼합물의 원리가 아마도 매우 일반적 일 것입니다. "RNA-DNA에 고유하지 않습니다."
멕시코 국립 자율 대학의 생애 기원 연구원 인 안토니오 라즈 카노 아라우조 (Antonio Lazcano Araujo)에 따르면 이번 연구 결과는“첫 번째 복제 시스템이 출현하기 전에 이용 가능해야했던 화학 원더 랜드”를 보여줍니다.
새벽부터 황혼까지
실제로, 소수의 다른 연구는 이미 시스템 화학으로 알려진이 접근법에 대한 추가 이점을 보여주었습니다. 2015 년에 Krishnamurthy, HUD 및 그들의 공동 작업자들은 아미노산에만 초점을 맞추면 폴리펩티드 합성의 기원을 이해하려고 노력하는 것이 펩티드의 빌딩 블록이 잘못된 압정 일 수 있음을 보여주었습니다. 아미노산은 펩티드를 생성하기 위해 스스로 잘 반응하지 않지만, 아미노산과 다른 유사한 화합물 (알파 하이드 록시 산)의 혼합물이 있습니다.
.지난 몇 년 동안의 연구에 따르면 다른 상황에서도 복잡성이 순도에 비해 승리합니다. 예를 들어 지방산만으로 제작 된 소포는 지방산과 특정 염 화합물의 조합으로 형성된 것보다 덜 안정적입니다. Krishnamurthy의 최신 발견은 RNA와 DNA가 동시에 RNA가 먼저 나타나고 DNA를 생성하는 대신 동시에 발생한다는 것을 암시하는 것으로 보이지만, 이는 하나의 가능한 시나리오를 나타내는 것입니다. 요점은“원래 생각했던 것과는 다른 방법이있다”고 Sutherland는 말했다.
예를 들어 서덜랜드는 초기 프리 바이오 틱 혼합물이 RNA 및 DNA보다는 RNA 및 펩티드를 포함했을 수 있다는 증거를 발견했다. 그러나 어느 쪽이든,“둘 다 이원론 기원을 불러 일으키고있다”고 그는 말했다. "그리고 그것은 여전히 사전 시스템 화학 아이디어와 대조적입니다. 화학 아이디어는 하나, 두 번째, 세 번째는 1 위입니다."
.Krishnamurthy는“RNA 세계는 많은 사람들에게 최음제라고 생각합니다. "그것은 동화 결말과 같았습니다. RNA가 만들어졌고 모두가 행복하게 살았습니다." 그러나 이제는“프리 바이오 틱 화학에서는 혼합물로 기뻐해야하며, 비현실적인 특정 분자 만 만들 수있는 화학을 찾을 필요가 없습니다.”
.그는 이제 이런 종류의 키메라 화학의 결과를 탐구하고 싶어합니다. 예를 들어, 하이브리드 백본으로 다른 종류의 핵산을 생성하면 다른 결합 특성을 유발할 수 있습니다. Krishnamurthy는“백본을 변경하면 규칙이 변경됩니다. 그래서 그는 다른 규칙이 어떻게 변할 수 있는지, 그것이 우리가 인생 (그리고 신진 대사와 같은 특정 과정)이 어떻게 시작되었는지에 대한 그림에 어떤 영향을 미칠지 테스트하고 있습니다.
서덜랜드는“사람들은 시스템 화학 악 대차를 많이 받고 있다고 생각한다. “구체적인 결론을 도출하기에는 너무 이르지만, 이런 종류의 작업은 서로 테스트하고 미래의 연구를 지시하는 데 사용될 수있는 다양한 이론을 제공합니다.
.또한 특정 이론을 제거합니다. 아마도 시스템 화학의 복잡한 혼합을 수용하는 아이디어를 선호하여 원시 수프에서 오늘날의 생물학으로 선형적이고 진보적 인 경로를 기반으로 가설에 작별 인사를해야 할 때입니다. Lazcano Araujo는“낮과 밤 사이의 전환을 생각하면 순전히 밝은 빛나는 햇볕에서 어두운 달이없는 밤으로 가지 않습니다. 당신은 황혼을 겪습니다.”
편집자 주 :Krishnamurthy와 Sutherland는 Simons Foundation에서 자금을 지원하는 Simons의 공동 작업 회원이며, Quanta .
