O ingrediente há muito procurado, que pode ter ajudado fios gene semelhante para copiar-se em poças pela primeira vez na história, há bilhões de anos, quando a Terra era desprovido de vida, foi encontrado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia. Suas novas descobertas adicionar a um crescente corpo de evidências que sugerem primeira vida pode ter evoluído com relativa facilidade, aqui e, possivelmente, em outras partes do universo.
A receita original para a sopa gene pode ter sido simples - chuva, um amontoado de moléculas comuns, sol quente e resfriamento noturno. Em seguida, adicione uma pitada de espessante.
E eles oferecem uma resposta clara a uma pergunta 50-year-old roer: Como precursores do código genético atual primeiro duplicar-se perante a existência de enzimas que são indispensáveis para esse processo hoje?
Por gerações, os cientistas que buscam uma resposta realizou experimentos em água, mas bater em uma parede.
pesquisadores Georgia Tech Christine Ele e Isaac Gállego superou pela adição de um solvente viscoso off-the-shelf (espessante). Em experiências separadas, em seguida, com ADN de ARN, o processo de cópia procedeu.
"Eu acho que é muito, muito diferente de tudo o que tem sido feito antes", disse o pesquisador He. "Nós podemos mudar o ambiente físico de uma forma fácil, e promover esses processos que não aconteceria em condições ordinariamente sendo usados."
Fácil é crucial, disse Martha Grover, um professor que supervisionou a pesquisa da Escola de Química e Engenharia Biomolecular da Georgia Tech. reações fáceis são susceptíveis de ser mais produtivo e mais prevalente.
"Um processo simples e robusto como este poderia ter operado em uma variedade de ambientes e concentrações tornando-o mais realista em movimento evolução para a frente", disse ela.
Abertura de vida foi baseado em ARN, ou um polímero semelhante, de acordo com uma hipótese chamado o ARN mundo. Nesse cenário, na linha do tempo evolutiva, a auto-replicação do RNA vertentes tempo suficiente para ser genes potenciais aproximadamente marcaria a porta para a vida.
Essas cadeias de nucleotídeos longas podem ter sido misturados em poças com cadeias de nucleotídeos mais curtos. O calor do sol teria feito longos fios separar de suas estruturas de hélice, dando curtos a chance de igualar-se com eles, e tornar-se suas cópias.
Na água sozinho, quando o resfriamento em conjuntos, as longas cadeias de voltar a encaixar na sua estrutura de hélice tão rapidamente que não há tempo para o processo de harmonização com as cadeias mais curtas. Esse encaixe fechada, o que acontece em ambos ARN e ADN, é chamado de "inibição da cadeia", e em células vivas, enzimas resolve o problema de manter as longas cadeias separadas enquanto fios de genes duplicados.
"O problema é um problema na água, o que todo mundo meio que olha no pré-biótica química (pré-vida)", disse o assistente de pesquisa de pós-graduação Ele.Ela sentiu que era hora de repensar isso, e sua perícia em engenharia química ajudou.
Alta viscosidade tem sido conhecido por retardar o movimento de longas cadeias de DNA, RNA e outros polímeros.
"É um pouco como fazê-los nadar em mel", disse Grover. Aplicando isso a química da origem da vida parecia óbvio, porque em tempos pré-bióticas, provavelmente havia muito poucas poças pegajosas.
"Nesse solução, dá os nucleotídeos curtos, que se movem mais rápido, tempo para saltar para o longo fio e juntar um duplicado da costa longa", o pesquisador disse. Em seus experimentos, funcionou.
E isso produziu uma surpresa encorajador. As fitas de DNA e RNA dobrada sobre si a formação de formas chamados grampos de cabelo.
"No início, nós não percebemos a importância da estrutura interna", disse Christine He. Em seguida, eles notaram que a forma foi ajudando a manter RNA e DNA disponível para o processo de emparelhamento. "A formação Hairpin é essencial para mantê-los abertos", disse Grover.
Mas também podia ter acelerado evolução química de uma outra forma. "A solução é selecionar aqui para sequências que se dobram, e que teria mais potencial para a atividade funcional - como uma ribozima", disse o pesquisador He.
As ribozimas são feitas enzimas de ARN, e enzimas catalisam processos bioquímicos. Para tê-los evoluir na mesma solução que promove a replicação do código genético poderia ter encurtado o caminho para a primeira vida.
"Você realmente precisa para amplificar sequências funcionais para evolução para seguir em frente", disse Grover. As dobras foram um efeito colateral inesperado, e encontrar-lhes abre o caminho para futuras pesquisas.
Os cientistas Georgia Tech usou fios gene reais em suas experiências, que pode parecer banal, mas, no passado, alguns pesquisadores têm projetado especialmente sequências de DNA e RNA, na tentativa de se chegar a resultados semelhantes.
Ele e o uso de um gene que ocorre naturalmente de Gallego, em vez de uma sequência especificamente desenvolvido, mostra que a viscosidade pode ter sido uma solução muito geral para promover a cópia de ácidos nucleicos com comprimento misturado e sequências.
Para facilitar resultados rápidos, claros, os pesquisadores Georgia Tech usou cadeias curtas de nucleotídeos purificados e aplicou-as em proporções que favoreceram reacções produtivas. Mas eles tinham começado com mais confusa, ingredientes menos puras, ea experiência valeu a pena.
"Considerando-se uma sopa pré-biótica, provavelmente é confuso; ele tem um monte de impurezas", disse Christine He. "Quando começamos a sair com nucleotídeos mais impuros, ele ainda trabalhou. Talvez a mesma reação realmente poderia ter acontecido em um desarrumado bilhões poça de anos atrás."
O solvente foi glycholine viscoso, uma mistura de glicerol e cloreto de colina.Não era provável presentes na Terra pré-biótica, mas outros solventes viscosos provavelmente eram.
Além disso, após os curtos fios combinados a cada longa, os pesquisadores se aplicava uma enzima para se juntar as peças curtas alinhadas em uma cadeia longa, em um processo bioquímico chamado ligadura.
As enzimas não teria estado presente em uma Terra pré-biótica, e embora haja procedimento químico para ligação de RNA ", ninguém desenvolveu uma química tão robusta, mas que poderia substituir a enzima", disse Grover.
Encontrar um que poderia ter trabalhado em uma Terra pré-biótica seria um objetivo digno para futuras pesquisas.
O laboratório de Grover e que de Nick Hud na Escola de Química e Bioquímica da Georgia Tech publicou os resultados na segunda-feira, outubro 10, 2016 na revista Nature Chemistry. Sua pesquisa foi financiada pelo National Science Foundation e do Programa de Astrobiologia da NASA sob o / Centro NSF NASA para Evolução Química.
Brandon Laughlin da Georgia Tech co-autor do papel. A pesquisa foi financiada pela National Science Foundation e do Programa de Astrobiologia da NASA sob o / Centro NSF NASA para Evolução Química.
O Galaxy diário via NASA / astrobiology.com
Crédito da imagem: lpi.usra.edu
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