منشأ RNA

یکی از بزرگ‌ترین سؤالات در حوزه‌ی علم این سؤال است که چگونه مواد شیمیایی موجود در دوران اولیه‌ی زمین به ظهور حیات بر روی این سیاره منجر گردیدند. یکی از فرضیات مطرح شده در این زمینه این است که RNA که از خانواده‌ی DNA است اولین مولکول ژنتیکی است که حدود 4 میلیارد سال پیش پدیدار گردیده است. اما RNA در ابتدا به شکل تکامل نیافته پدیدار گردیده است و بعدها به شکل مولکول‌های RNA و DNA که امروزه وجود دارند تکامل یافته است. یک مطالعه‌ی جدید یکی از روش‌های احتمالی شروع این چرخه‌ی تکاملی را به تصویر کشیده است.
توضیح تصویر: تصویر تهیه شده با میکروسکوپ نیروی اتمی از ساختارهای شکل گرفته از طریق تجمیع خود به خود نوکلئوسید TAP - ریبوز با اسید سیانوریک. با تشکر از نیکولاس هود.
امروزه، اطلاعات ژنتیکی در DNA ذخیره می‌شوند. RNA توسط DNA تولید می‌گردد تا اطلاعات ژنتیکی را فعال نماید. RNA می‌تواند فرآیند تولید پروتئین‌ها را هدایت نموده و دیگر کار کردهای اساسی زندگی که DNA قادر به انجامشان نیست را به اجرا گذارد. تغییر پذیری RNA یکی از دلایلی است که باعث شده دانشمندان به این نتیجه برسند که این ماده‌ی پلیمری قبل از DNA پدیدار گردیده و به دنبال آن DNA به عنوان راهی بهتر جهت ذخیره‌ی اطلاعات ژنتیکی در دراز مدت تکامل یافته است. اما به باور دانشمندان RNA نیز همانند DNA ممکن است در نتیجه‌ی تکامل شکل گرفته باشد.
شیمی دان‌های مؤسسه‌ی فناوری جورجیا نشان داده‌اند که مولکول‌هایی که ممکن است در دوران اولیه‌ی زمین وجود داشته‌اند می‌توانسته‌اند در قالب ساختارهایی تجمیع یافته و نقطه آغاز تکامل RNA را شکل دهند.
ایجاد خودجوش قطعات تشکیل دهنده‌ی RNA گامی حیاتی در شکل گیری حیات قلمداد می‌گردد، اما دانشمندان دهه‌ها است که درباره‌ی این موضوع تحقیق می‌کنند.
نیکولاس هود، پروفسور شیمی و بیوشیمی از مؤسسه‌ی فناوری جورجیا، می‌گوید: "ما در مطالعه‌ی خویش واکنشی را نشان می‌دهیم که به نظر ما در زمینه‌ی شکل گیری مولکول‌های اولیه‌ی مشابه RNA نقش مهمی ایفا کرده است." هود هم چنین مدیر مرکز تکامل شیمیایی می‌باشد.
مطالعه مذکور در تاریخ 14 دسامبر به صورت آنلاین در ژورنال جامعه‌ی شیمی آمریکا منتشر گردید. منابع مالی این مطالعه توسط بنیاد ملی علم و ناسا تأمین گردید.
به گفته هود، RNA در راستای نقشی که امروزه ایفا می‌کند گزینه‌ی کاملا مناسبی است اما تولید شیمیایی آن فوق‌العاده مشکل می‌باشد. این امر نشان می‌دهد که RNA از ترکیبات شیمیایی ساده‌تر تکامل یافته است. یعد از این که حیات از لحاظ شیمیایی پیچیده‌تر گردید و آنزیم‌ها نیز به عرصه‌ی ظهور پای نهادند فشارهای تکاملی باعث گردیدند RNA اولیه به RNA پالایش شده‌ی امروزی تبدیل گردد.
RNA از سه جزء شیمیایی تشکیل شده است. این سه جزء عبارتند از قند ریبوز، باز‌ها، و فسفات. واحد ریبوز – باز - فسفات با دیگر واحدهای ریبوز – باز - فسفات پیونده خورده و پلیمر RNA را شکل می‌دهند. به گفته‌ی هود، در حوزه‌ی منشأ حیات، درک این موضوع که چگونه پیوند میان بازها و ریبوز‌ها در ابتدا شکل گرفته است یکی از مسائل مشکل می‌باشد.
در مطالعه‌ی فوق‌الذکر، تیم تحقیقاتی هود به بررسی بازهایی پرداخت که از لحاظ شیمیایی به بازهای RNA مدرن مربوط می‌شوند اما ممکن است بتوانند به کمک تعاملاتی که DNA و RNA را قادر به ذخیره اطلاعات می‌کنند به طور خود جوش با ریبوز پیوند خورده و در کنار دیگر بازها تجمع ‌یابد. آنها در جریان مطالعه‌ی خود به سمت مولکولی هدایت شدند که triaminopyrimidine (TAP) نام دارد.
محققین در شرایطی مشابه با شرایط یک حوضچه‌ی خشک مربوط به دوران اولیه‌ی زمین، TAP را با ریبوز ترکیب نمودند. TAP و ریبوز به شکل پر بازده با یک دیگر فعل و انفعال نمودند و 80 درصد TAP به نوکلئوسید تبدیل شد. نوکلئوسید نام واحد ریبوز - باز RNA است. تلاش‌های پیشین جهت ایجاد یک پیوند ریبوز - باز با استفاده از بازهای RNA امروزی در یک فعل و انفعال مشابه به شکست انجامیده یا به تولید بسیار کم بازده نوکلئوسید منجر شده بودند.
هود می‌گوید: "این مطالعه از آن لحاظ حائز اهمیت است که گامی عملی و ممکن در زمینه‌ی چگونگی آغاز فرآیند تکامل یک مولکول مشابه RNA را ارائه می‌نماید و در عین حال نشان می‌دهد که قطعات سازنده‌ی اولین پلیمرهای شبیه RNA می‌توانسته‌اند در آن چه می‌توان مخلوطی پیچیده از مواد شیمیایی نامید یک دیگر را یافته و در کنار یک دیگر تجمیع یابند."
محققین با افزودن یک مولکول دیگر به مخلوط واکنشی خود این خاصیت نوکلئوسیدهای TAP را به تصویر کشیدند. این مخلوط واکنشی اسید سیانوریک نام دارد و با TAP فعل و انفعال می‌نماید. حتی در مخلوط واکنشی پالایش نشده هم پلیمرهای غیر کووالانتی به کمک هزاران جفت از نوکلئوسیدها شکل گرفتند.
به گفته‌ی برایان کافرتی، دانش آموخته‌ی مؤسسه‌ی فناوری جورجیا و یکی از محققین شرکت کننده در این مطالعه، "این که نوکلئوسیدها و بازها عملاً به خودی خود تجمیع می‌یابند جالب و شگفت انگیز است، زیرا امروزه شکل گیری حیات مستلزم این است که آنزیم‌های پیچیده قطعات تشکیل دهنده‌ی RNA را دور هم جمع کنند و آنها را قبل از پولیمریزه شدن به صورت فضایی مرتب سازند."
این مطالعه یکی از راه‌های ممکن را به تصویر کشید که بر اساس آن بلوک‌های تشکیل دهنده‌ی RNA در دوران اولیه‌ی زمین در کنار هم تجمیع گردیده‌اند. به گفته‌ی هود، TAP احتمالاً یکی از اولین بازهایی بوده است که نهایتاً به شکل گیری مولکول‌های RNA امروزی کمک کرده است، اما مطمئناً بازهای دیگری نیز در این امر دخیل بوده‌اند.
تحقیقات بعدی که در آزمایشگاه هود و دیگر آزمایشگاه‌های مرکز تکامل شیمیایی انجام می‌گیرند به بررسی منشأ فسفاتی RNA و هم چنین دیگر شیوه‌های منجر به شکل گیری RNA مدرن خواهند پرداخت.
هود می‌گوید: "ما به دنبال کشف یک روش شیمیایی ساده و قوی هستیم که بتواند منشأ اولیه‌ی RNA و اجدادش را تشریح نماید."