Όλη η ζωή στη Γή φαίνεται ότι μοιράζεται τις ίδιες αρχές. Εκτός από μερικές πολύ απλές μορφές , η εργασία της αναπαραγωγής σήμερα είναι κωδικοποιημένη στο Δεοξυριβονουκλεικό Οξύ ( DNA ) , ένα γονότυπο μεγάλου μήκους αλλά εκπληκτικά απλής δομής. Η εργασία της μεταγραφής της πληροφορίας που είναι αποθηκευμένη στο DNA στο μηχανισμό της ζωής , σήμερα εκτελείται από διάφορες μορφές Ριβονουκλεικού Οξέος ( RNA ).

Πότε εμφανίσθηκε το DNA και υπό ποιες χημικές περιοστάσεις αναπτύχθηκε ;

Υπάρχουν σήμερα σημαντικές ενδείξεις ότι υπήρχε μία περίοδος στη Γή που ονομάζεται

Η υπόθεση αυτή στηρίχθηκε κυρίως στις ανακαλύψεις στο τέλος της δεκαετίας του 1970 , από τους SYDNEY ALTMAN του Πανεπιστημίου YALE και THOMAS CECH του Πανεπιστημίου του ΚΟΛΟΡΑΔΟ στο BOULDER , μορίων RNA που μπορούσαν καταλυτικά να αποκόψουν κομμάτια από αυτά ή από άλλα μόρια RNA. ( Ο όρος "RNA κόσμος" επινοήθηκε το 1986 από τον χημικό WALTER GILBERT του Πανεπιστημίου ΧΑΡΒΑΡΝΤ ).

Σε αυτό τον κόσμο η ζωή υπήρχε σαν RNA και ως Φαινότυπος και ως Γονότυπος. Οι RNA ζωντανές μορφές μπορεί να ήταν μία απλή γυμνή αλυσίδα, μία συλλογή διαφόρων RNA ή RNA πλαισιωμένο από ένα σύνολο ενζύμων ( π.χ. πεπτιδίων, μεμβρανών, μεταλλικών επιφανειών, κ.ά. ). Αυτή η διαδικασία δεν έχει πλήρως διελευκανθή, αλλά βρίσκεται στη κέντρο των ερευνών της μοριακής βιολογίας και χημείας.

Οι λόγοι που πιστεύεται ότι υπήρξε ο RNA κόσμος είναι κυρίως 7 :

1. To RNA έχει δομή καλουπιού ( π.χ. WATSON/CRICK ).

2. Το RNA έχει καταλυτικές ιδιότητες ( τα ριβοένζυμα του CECH και άλλων ).

Το RNA εμφανίζεται σε διάφορες πιθανώς αρχαίες κυτταρικές διαδικασίες ( π.χ. ριβοένζυμα , primer ( ; ενισχυτικό ) του DNA , κ.λ.π. ).

4. Τα Ριβονουκλεοτίδια είναι συστατικά πολλών ενζύμων (π.χ. CoA , NADH , κλπ.).

5. Η βιοσύνθεση της Ιστιδίνης χρησιμοποιεί ATP και PRPP.

6. Η βιοσύνθεση Δεοξυνουκλεοτιδίων είναι από Διφωσφορικά Ριβονουκλεοτίδια.

7. Η βιοσύνθεση του dTMP είναι από dUMP.

Αφού το RNA στον RNA κόσμο είναι ζωντανό , υποτίθεται ότι το RNA εξελίχθηκε στο DNA μέσω κάποιου είδους γενετικής διαδοχής. Με άλλα λόγια , RNA-ένζυμα έφτιαξαν DNA , που το τα αντικατέστησε ως γονιδίωμα. Οι πρωτείνες προστέθηκαν στο μίγμα κάποια στιγμή. Αυτό δεν έχει ακόμη εξηγηθή λεπτομερώς.

Το πρόβλημα είναι από που προήλθε το RNA ; Είναι ένα ΠΟΛΥ πολύπλοκο και ευαίσθητο μόριο. Τα κυριότερα προβλήματα με το RNA είναι :

α. Η ΡΙΒΟΖΗ είναι δύσκολο να φτιαχθή προβιοτικά , είναι σε ισορροπία με διάφορες ανομερικές μορφές , έχει πολυάριθμα chiral κέντρα , και διασπάται πολύ γρήγορα.

β. Είναι πολύ δύσκολο να φτιαχθούν νουκλεοτίδια προβιοτικά.

γ. Είναι πολύ δύσκολο να φωσφοροποιήσεις προβιοτικά νουκλεοτίδια.

δ. Είναι δύσκολο να πολυμερίσης ενεργοποιημένα NTP με πληροφοριακή και λογική αξιοπιστία με 3-5 μέθοδο ( η 2-5 μέθοδος ευνοείται περισσότερο ).

Έτσι έχει υποτεθή ότι υπήρξε ένα πολύ απλούστερο πληροφοριακό μακρομόριο από το RNA ( το προ-RNA). Αυτό το μόριο μπορεί να ήταν achiral και μπορεί να χρησιμοποιούσε βάσεις άλλες από τις A,U,G,C. Ένα παράδειγμα εναλλακτικού κορμού είναι το PNA. Το προ-RNA είναι ζωντανό και τα ένζυμά του ( ; προένζυμα ) θα είχαν τη δυνατότητα να φτιάξουν το RNA που θα το αντικατέστησε. Το προ-RNA μπορεί να συναρμολογήθηκε από το προβιοτικό περιβάλλον , ή ίσως μπορεί να υπήρξε και προ-προ-RNA.

Γιατί το DNA δεν μπορούσε να φτιαχθή απο προ-RNA ; Οι 5 από τους 7 λόγους για τον RNA κόσμο παραπάνω βασίζονται στη ΣΥΓΧΡΟΝΗ βιοχημεία και οι λόγοι 1 και 2 και στο DNA και στο RNA. Πολλά πρέπει να μεσολάβησαν μεταξύ της γένεσης της ζωής και του τελευταίου κοινού προγόνου , και είναι δύσκολο να κάνουμε προβλέψεις πριν μία τέτοια τεράστια χρονική περίοδο. Υπάρχουν επίσης κάποιοι χημικοί λόγοι που η 2-Δεοξυριβόζη μπορεί να ήταν πιο πιθανός υποψήφιος από τη Ριβόζη.

Ένα πρωταρχικό στάδιο στην ανάπτυξη του RNA κόσμου ίσως να ήταν ο Θειο-Εστερικός κόσμος.

Ένας Θειο-Εστερικός δεσμός σχηματίζεται όταν μία Θειόλη R-SH ( μία οργανική ομάδα , R , ενωμένη με Θείο και Υδρογόνο , SH ) , ενώνεται με ένα Καρβοξυλικό Οξύ ( R΄-COOH ). Στη διαδικασία αυτή ελευθερώνεται ένα μόριο Νερού ( Η2Ο ) και παράγεται ένας ΘΕΙΟΕΣΤΕΡΑΣ ( R-S-CO-R΄ ). Το ενδιαφέρον σε αυτό το δεσμό είναι ότι τα συστατικά του είναι πιθανόν κομμάτια της προβιοτικής σούπας. Τα αμινοξέα και άλλα καρβοξυλικά οξέα είναι οι πιο φανερές ουσίες που βρίσκονται και στο πείραμα του ΜΙΛΛΕΡ και σε μετεωρίτες. Αφετέρου , οι ΘΕΙΟΛΕΣ θεωρείται πιθανόν ότι παράγονταν εύκολα στο πλούσιο σε ΥΔΡΟΘΕΙΟ ( Η2S ) ηφαιστειακό περιβάλλον της προβιοτικής γής.

Ο ΘΕΙΟΕΣΤΕΡΙΚΟΣ δεσμός είναι υψηλού ενεργειακού περιεχομένου , ισοδύναμος με τους Φωσφορικούς δεσμούς στη Τριφωσφορική Αδενοσίνη ( ΑΤΡ ) , που είναι η κύρια πηγή ενέργειας σε όλους τους ζωντανούς οργανισμούς. Η ΑΤΡ αποτελείται από Μονοφωσφορική Αδενοσίνη ( ΑΜΡ ) , ένα από τα 4 νουκλεοτίδια από τα οποία φτιάχνεται το RNA , στη οποία προσκολλούνται 2 φωσφορικές ομάδες. Η διάσπαση οποιουδήποτε από αυτούς τους 2 φωσφορικούς δεσμούς στη ΑΤΡ παράγει ενέργεια , που τροφοδοτεί την τεράστια πλειοψηφία των ενεργοβόρων βιολογικών φαινομένων. Με την σειρά , η ΑΤΡ αναγεννάται για να συνεχίση την εργασία.

Είναι αποκαλυπτικό ότι οι Θειοεστέρες είναι υποχρεωτικά ενδιάμεσα στάδια σε αρκετές κεντρικές διαδικασίες στις οποίες η ΑΤΡ είτε χρησιμοποιείται είτε αναγεννάται. Οι Θειοεστέρες εμπλέκονται στη σύνθεση άλλων εστέρων , περιλαμβανομένων εκείνων που βρίσκονται σε πολύπλοκα λιπίδια. Επίσης συμμετέχουν στη σύνθεση άλλων κυτταρικών συστατικών , όπως πεπτιδίων , λιπαρών οξέων , στερολών , τερπενίων , πορφυρινών , κ.ά. Επιπλέον , οι Θειοεστέρες σχηματίζονται ως κεντρικά ενδιάμεσα σε αρκετές , ειδικά αρχαίες διαδικασίες που καταλήγουν στη σύνθεση της ΑΤΡ. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις , οι Θειοστέρες είναι πιο κοντά από την ΑΤΡ στη διαδικασία που χρισιμοποιεί ή αποδίδει ενέργεια. Με άλλα λόγια , οι Θειοεστέρες μπορεί να έπαιξαν το ρόλο της ΑΤΡ σε ένα Θειοεστερικό κόσμο αρχικά χωρίς ΑΤΡ. Τελικά , οι Θειοεστέρες του μπορεί να βοήθησαν στη εισαγωγή της ΑΤΡ με την ικανότητά τους να υποστηρίζουν το σχηματισμό δεσμών μεταξύ φωσφορικών ομάδων.

Ο Θειοεστερικός κόσμος έτσι αντιπροσωπεύει ένα υποθετικό αρχικό στάδιο στην ανάπτυξη της ζωής που μπορεί να παρείχε το ενεργειακό και καταλυτικό πλαίσιο του πρωτο-μεταβολικού συνόλου πρωτόγονων χημικών αντιδράσεων που οδήγησαν από τα πρώτα δομικά στοιχεία της ζωής στο RNA κόσμο και ακολούθως τον υποστήριξαν μέχρι να αναλάβη ο σημερινός μεταβολισμός.

Υπάρχει κάποια θεωρία που να εξηγεί την παρουσία των πρώτων Πυριδιμινών ; Υπάρχει κάποια συγκεκριμένη θεωρία για την ιδέα των Ρετροιών που μπορεί να μετέτρεψαν το RNA σε DNA και έτσι να γέννησαν πολύπλοκες μορφές ζωής ;

Μέχρι πρόσφατα , οι Πυριμιδίνες υπήρξαν αληθινό πρόβλημα. Υπήρχαν λίγες δημοσιευμένες συνθέσεις με πολύ χαμηλή απόδοση . Πρόσφατα όμως , οι ROBERTSON , LEVY και MILLER συνέθεσαν διάφορες πυριμιδίνες ( Κυτοσίνη , Ουρακίλη , και Διαμινοπυριμιδίνη ). Αυτές οι συνθέσεις είναι διαφορετικές από προηγούμενες συνθέσεις στο ότι χρησιμοποιήθηκαν πολύ υψηλές συγκεντρώσεις αντιδρώντων. Αυτό ήταν προσωμείωση καταστάσεων αποξήρανσης σε λιμνοθάλασσα ή παραλία. Ενώ η γεωλογική αληθοφάνεια ακόμη αμφισβητείται , η χημεία είναι ηχηρή. Για παράδειγμα η Κυανοακεταλδεύδη ( HO-CH=CH-CN ) + Κορεσμένη Ουρία ( NH2-CO-NH2 ) δίνουν με απόδοση 53% Κυτοσίνη που υδρολύεται σχετικά γρήγορα σε Ουρακίλη.

Η διάσπαση των Πυριμιδινών ( και Πουρινών ) είναι πρόβλημα , όπως και η αντίδραση τους με Ριβόζη ή Δεοξυριβόζη για να σχηματίσουν Νουκλεοτίδια. Αρκετοί ερευνητές ενδιαφέρονται για εναλλακτικές λύσεις στις Πυριμιδίνες ή στη Ουρακίλη , την Ουραζόλη.

Οι Ρετροιοί και Ιοί γενικώς είναι αρκετά μεταγενέστεροι. Αφού είναι πιθανόν παραπροιόντα αρκετά εξελιγμένων κυττάρων , δεν είναι ειδικά χρήσιμοι στην έρευνα για τη γένεση της ζωής.

Πόσο πολύπλοκο ήταν το DNA που σχηματίσθηκε στη πρωτόγονη σούπα , και τι χρειάζεται για να προχωρήσουμε από το DNA σε ένα πλήρως λειτουργικό ζωντανό κύτταρο ;

Το DNA ( ή το RNA ή κάποιο άγνωστο πληροφοριακό πολυμερές ) ήταν αρκετά μακρύ και αρκετά πολύπλοκο για να αναπαράγεται και να εξελίσσεται και να κάνη κάποια χημεία κάποιου είδους. Το Ριβόζυμο Tetrahymena , που μπορεί να τεμαχίση το RNA , είναι 414 βάσεις μακρύ. Όμως το μέγεθος και η πολυπλοκότητα του πρώτου πληροφοριακού πολυμερούς είναι απλές εικασίες. Αυτό το πολυμερές ήταν ζωντανό και έτσι πλήρως λειτουργικό στο δικό του εξελικτικό οικοσύστημα. Καθώς η εξέλιξη προχωρούσε η ζωή έγινε πιο αποδοτική , δηλαδή διαχωρίσθηκε από το περιβάλλον και αυτο-περικλήσθηκε. Τα παλιότερα γνωστά απολιθώματα , 3.500.000.000 ετών , μοιάζουν σαν σύγχρονα βακτηριακά κύτταρα. Αλλά η εποχή των 3.500.000.000 ετών είναι πολύ μακριά από την γένεση της ζωής.

Άπαξ και αυτά τα μόρια διαμόρφωσαν κάποιο είδος αυτο-αναπαραγώμενου χημικού συστήματος με την ικανότητα Μετάλλαξης και Δαρβινικής Εξέλιξης , αυτό ήταν Ζωή. Αυτή η ζωή μετά εξελίχθηκε , βασισμένη λόγω των επιλεκτικών πιέσεων του περιβάλλοντός της στο RNA , τελικά στο σύγχρονο σύστημα :