„Mehrere Fragen zum Ursprung des Lebens wurden beantwortet, aber es bleibt noch viel zu erforschen“, sagten Stanley Miller und Harold Urey bereits 1959, nachdem sie über die Laborsynthese von Aminosäuren unter primitiven Erdbedingungen berichtet hatten. Nach vielen Fortschritten beschäftigen sich die Wissenschaftler schon lange mit einer grundlegenden Frage: Welches genetische Material wurde zuerst auf der Urerde gebildet? DNA or RNA, oder ein bisschen von beidem? Es gibt mittlerweile Beweise dafür DNA und dem RNA Beide könnten in der Ursuppe koexistiert haben, aus der sich die Lebensformen mit den entsprechenden genetischen Materialien entwickelt haben könnten.
Das zentrale Dogma der Molekularbiologie besagt, dass DNA macht RNA macht proteiny. Proteine sind für die meisten, wenn nicht sogar alle Reaktionen im Organismus verantwortlich. Die gesamte Funktionalität eines Organismus hängt maßgeblich von deren Anwesenheit und Interaktion ab Protein Moleküle. Nach dem zentralen Dogma proteiny werden durch die darin enthaltenen Informationen erzeugt DNA welches in funktionsfähig umgewandelt wird Protein über einen Botenstoff namens RNA. Es ist jedoch möglich, dass proteiny selbst können unabhängig und ohne überleben DNA or RNA, wie es bei Prionen der Fall ist (fehlgefaltet). Protein Moleküle, die nicht enthalten DNA or RNA), können aber alleine überleben.
Somit kann es drei Szenarien für die Entstehung des Lebens geben.
A) Wenn die proteiny oder seine Bausteine konnten sich während der Atmosphäre, die vor Milliarden von Jahren in Ursuppe existierte, abiotisch bilden, proteiny kann als Grundlage bezeichnet werden 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 Um als Ursprung des Lebens zu fungieren, müssen sie sich selbst reproduzieren, was zu einer Kombination verschiedener Faktoren führt proteiny um auf unterschiedliche Reaktionen im Organismus einzugehen.
B) Wenn die Ursuppe Bedingungen für Bausteine von DNA und / oder RNA gebildet werden, dann könnte eines davon das genetische Material gewesen sein. Die Forschung war bisher günstig RNA aufgrund ihrer Fähigkeit, sich in sich selbst zu falten, als Einzelstrang zu existieren und als Enzym zu wirken, das genetische Material für die Entstehung von Lebensformen zu sein6, fähig, mehr zu machen RNA Moleküle. Eine Reihe selbstreplizierender RNA-Enzyme7 wurden im Laufe der Jahre entdeckt, was darauf hindeutet RNA das genetische Ausgangsmaterial sein. Dies wurde durch die von John Sutherlands Gruppe durchgeführten Forschungen noch verstärkt, die durch die Einbeziehung von Phosphat in die Mischung zur Bildung von zwei RNA-Basen in einer Umgebung führten, die einer Ursuppe ähnelte8. 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. Wenn man davon ausgeht, dass RNA der Urheber ist, dann wann und wie DNA und Proteine entstehen? Tat DNA Aufgrund der instabilen Natur der RNA entwickelten sich diese Proteine später als genetisches Material, und Proteine folgten diesem Beispiel. Antworten auf all diese Fragen bleiben immer noch unbeantwortet.
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 Juni 2020 von John Sutherlands Gruppe vom MRC Laboratory in Cambridge, Großbritannien. Die Forscher simulierten die Bedingungen, die vor Milliarden von Jahren auf der Urerde herrschten, mit flachen Teichen im Labor. Sie lösten zunächst die entstehenden Chemikalien auf RNA in Wasser, anschließend werden sie getrocknet und erhitzt und dann einer UV-Strahlung ausgesetzt, die die in der Urzeit existierenden Sonnenstrahlen simuliert. Dies führte nicht nur zur Synthese der beiden Bausteine von RNA aber auch von DNA, was darauf hindeutet, dass beide Nukleinsäuren zum Zeitpunkt der Entstehung des Lebens nebeneinander existierten10.
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
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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. Die Zwischensequenz RNA von Tetrahymena ist ein Enzym. Science 31. Januar 1986: Bd. 231, Ausgabe 4737, S. 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
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