‘Several questions about origin of life have been answered, but much remains to be studied’’ said Stanley Miller and Harold Urey way back in 1959 after reporting laboratory synthesis of amino acids in primitive earth conditions. Many advances down the line yet the scientists have long been grappling with a fundamental question – which genetic material was first to be formed on the primitive earth, DNA or RNA, or a bit of both? There is evidence now to suggest that DNA und RNA both may have co-existed in the primordial soup from where the life forms may have evolved with respective genetic materials.
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass DNA macht RNA macht proteiny. Proteine are responsible for majority, if not all the reactions taking place in an organism. The entire functionality of an organism is majorly dependent upon their presence and interaction of Protein molecules. According to central dogma, proteiny are produced by the information contained in DNA which is converted to functional Protein via a messenger called RNA. However, it is possible that proteiny themselves can survive independently without any DNA or RNA, as is the case with prions (misfolded Protein molecules that do not contain DNA or RNA), but can survive on their own.
Somit kann es drei Szenarien für die Entstehung des Lebens geben.
A) If the proteiny or its building blocks were able to form abiotically during the atmosphere that existed billions of years ago in primordial soup, proteiny can be termed as the basis of Ursprung des Lebens. Die experimentellen Beweise dafür stammen aus dem berühmten Experiment von Stanley Miller1, 2, die zeigte, dass, wenn eine Mischung aus Methan, Ammoniak, Wasser und Wasserstoff vermischt und an einer elektrischen Entladung vorbeigeführt wird, eine Mischung von Aminosäuren gebildet wird. Dies wurde sieben Jahre später erneut bestätigt3 1959 stellten Stanley Miller und Harold Urey fest, dass das Vorhandensein einer reduzierenden Atmosphäre in der Urerde zur Synthese von führte bio Verbindungen in Gegenwart der oben genannten Gase sowie geringerer Mengen Kohlenmonoxid und Kohlendioxid. Die Relevanz der Miller-Urey-Experimente wurde von der Wissenschaftlergemeinschaft mehrere Jahre lang in Frage gestellt, da sie der Meinung waren, dass die in ihrer Forschung verwendete Gasmischung im Vergleich zu den Bedingungen, die auf der Urerde herrschten, zu reduzierend sei. Eine Reihe von Theorien deuteten auf eine neutrale Atmosphäre hin, die einen Überschuss an CO2 mit N2 und Wasserdampf enthält4. Allerdings wurde auch eine neutrale Atmosphäre als plausible Umgebung für die Synthese von Aminosäuren identifiziert5. Außerdem für proteiny to act as origins of life, they need to self-replicating leading to a combination of different proteiny to cater to different reactions taking place in an organism.
B) Wenn die Ursuppe Bedingungen für Bausteine von DNA und / oder RNA to be formed, then either of these could have been the genetic material. The research until now favoured RNA to be the genetic material for the origin of life forms due to their capability of folding upon itself, existing as a single strand and acting as an enzyme6, capable of making more RNA molecules. A number of self-replicating RNA enzymes7 have been discovered over the years suggesting RNA to be the starting genetic material. This was further strengthened by the research performed by John Sutherland’s group that led to the formation of two bases of RNA in an environment similar to primordial soup by including phosphate in the mixture8. Die Bildung von RNA-Bausteinen wurde auch durch Simulation einer reduzierenden Atmosphäre (enthaltend Ammoniak, Kohlenmonoxid und Wasser), ähnlich der in Miller-Ureys Experiment verwendeten, und anschließendes Durchleiten von elektrischen Entladungen und Hochleistungslasern gezeigt9. If RNA is to be believed to be the originator, then when and how did DNA and proteins come into being? Did DNA develop as a genetic material later because of the unstable nature of RNA and proteins followed suit. Answers to all these questions still remain unanswered.
C) Das dritte Szenario, dass DNA und RNA in der Ursuppe, die zum Ursprung des Lebens führte, koexistieren können, stammt aus Studien, die am 3 . veröffentlicht wurdenrd June 2020 by John Sutherland’s group from the MRC Laboratory at Cambridge, UK. The researchers simulated the conditions that existed on a primordial Earth billions of years ago, with shallow ponds in the lab. They first dissolved chemicals that form RNA in water, followed by drying and heating them and then subjecting them to UV radiation that simulated sun’s rays existing in primordial time. This not only led to the synthesis of the two building blocks of RNA aber auch von DNA, suggesting that both nucleic acids co-existed at the time of origin of life10.
Basierend auf dem heutigen heutigen Wissen und in Würdigung des zentralen Dogmas der Molekularbiologie erscheint es plausibel, dass die DNA und RNA nebeneinander existierten, die zur Entstehung des Lebens und der Proteinbildung führte, später kam/auftrat.
Der Autor möchte jedoch ein anderes Szenario spekulieren, bei dem alle drei wichtigen biologischen Makromoleküle, nämlich. DNA, RNA und Protein existierten zusammen in der Ursuppe. Die chaotischen Bedingungen in der Ursuppe, die die chemische Beschaffenheit der Erdoberfläche, Vulkanausbrüche und das Vorhandensein von Gasen wie Ammoniak, Methan, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid zusammen mit Wasser beinhalteten, könnten ideal für die Bildung aller Makromoleküle gewesen sein. Einen Hinweis darauf lieferten Untersuchungen von Ferus et al., bei denen Nukleobasen in derselben reduzierenden Atmosphäre gebildet wurden9 in Miller-Ureys Experiment verwendet. Glaubt man dieser Hypothese, dann haben sich im Laufe der Evolution verschiedene Organismen das eine oder andere genetische Material angeeignet, das ihre Existenz begünstigt hat.
Wenn wir jedoch versuchen, den Ursprung von Lebensformen zu verstehen, ist noch viel weitere Forschung erforderlich, um die grundlegenden und relevanten Fragen zur Entstehung und Fortpflanzung von Leben zu beantworten. Dies würde einen „out-of-the-box“-Ansatz erfordern, ohne sich auf Vorurteile zu verlassen, die durch die aktuellen Dogmen der Wissenschaft in unser Denken eingeführt wurden.
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References:
1. Miller S., 1953. Eine Produktion von Aminosäuren unter möglichen primitiven Erdbedingungen. Wissenschaft. 15. Mai 1953: Band. 117, Ausgabe 3046, S. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al. 2003. Präbiotische Suppe – das Miller-Experiment erneut besuchen. Wissenschaft 02. Mai 2003: Vol. 300, No. 5620, Ausgabe 745, S. 746-XNUMX DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL und Urey HC, 1959. Organische Verbindungssynthese auf der primitiven Erde. Wissenschaft 31. Juli 1959: Bd. 130, Ausgabe 3370, S. 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Atmosphärische Zusammensetzung und Klima auf der frühen Erde. Philos Trans R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 361: 1733–1741 (2006). Veröffentlicht:07. September 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al. 2008. Eine Neubewertung der präbiotischen organischen Synthese in neutralen planetarischen Atmosphären. Orig Life Evol Biosph 38: 105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. The intervening sequence RNA of Tetrahymena is an enzyme. Science 31 Jan 1986: Vol. 231, Issue 4737, pp. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al. 2011. Ribozym-Catalyzed Transcription of an Active Ribozym. Wissenschaft 08. April: Vol. 332, No. 6026, Ausgabe 209, S. 212-2011 (XNUMX). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Synthese von aktivierten Pyrimidin-Ribonukleotiden in präbiotisch plausiblen Bedingungen. Natur 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Bildung von Nukleobasen in einer reduzierenden Miller-Urey-Atmosphäre. PNAS 25. April 2017 114 (17) 4306-4311; Erstveröffentlichung 10. April 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Selective prebiotic formation of RNA pyrimidine and DNA purine nucleosides. Nature 582, 60–66 (2020). Published: 03 June 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
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