هل جاء البروتين أو الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي أولاً؟

تشير الدلائل الجوهرية إلى أن كل أشكال الحياة على الأرض اليوم نشأت من سلف مشترك. تسمى العملية التي يتكون بها هذا السلف المشترك من مادة غير حية عملية التولد التلقائي. كيف حدثت هذه العملية لم يتم فهمه بالكامل بعد ولا يزال موضوعًا للبحث. من بين العلماء المهتمين بأصل الحياة ، سواء كانت البروتينات أو الرنا أو بعض الجزيئات الأخرى التي جاءت في المقام الأول ، هو موضوع نقاش ساخن.

في تجربة Urey-Miller الشهيرة ، مزج العلماء الميثان والماء والأمونيا والهيدروجين في محاولة لمحاكاة الغلاف الجوي للأرض في وقت مبكر. بعد ذلك أطلقوا شرارات كهربائية عبر هذا الخليط لمحاكاة البرق. أسفرت هذه العملية عن أحماض أمينية ومركبات عضوية أخرى ، مما يدل على أن الظروف مثل تلك الموجودة في الأرض المبكرة يمكن أن تخلق أحماض أمينية ، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات.

لكن الانتقال من خليط من الأحماض الأمينية في محلول إلى بروتين سليم وفعال يمثل العديد من المشاكل. على سبيل المثال ، مع مرور الوقت ، تميل البروتينات الموجودة في الماء إلى التفكك بدلاً من التجمع في سلاسل جزيئية أطول. كذلك ، فإن السؤال عما إذا ظهرت البروتينات أو الحمض النووي لأول مرة يمثل مشكلة الدجاجة أو البيضة. يمكن للبروتينات أن تحفز التفاعلات الكيميائية ، ويمكن للحمض النووي أن يخزن المعلومات الجينية. ومع ذلك ، لا تكفي أي من هذه الجزيئات وحدها للحياة ؛ يجب أن يتواجد الدنا والبروتينات.

أحد الحلول الممكنة هو ما يسمى بنهج RNA World ، حيث يأتي RNA قبل البروتينات أو الحمض النووي. هذا الحل جذاب لأن الحمض النووي الريبي يجمع بين بعض ميزات البروتينات والحمض النووي. يمكن أن يحفز الحمض النووي الريبي التفاعلات الكيميائية تمامًا مثل البروتينات ، ويمكنه تخزين المعلومات الجينية تمامًا مثل الحمض النووي. والآلية الخلوية التي تستخدم الحمض النووي الريبي لتخليق البروتين مصنوعة جزئيًا من الحمض النووي الريبي وتعتمد على الحمض النووي الريبي للقيام بوظيفتها. يشير هذا إلى أن الحمض النووي الريبي ربما كان قد لعب دورًا مهمًا في التاريخ المبكر للحياة.

ومع ذلك ، فإن إحدى مشكلات فرضية RNA World هي طبيعة RNA نفسها. RNA عبارة عن بوليمر أو سلسلة من النيوكليوتيدات. ليس من الواضح تمامًا كيف تشكلت هذه النيوكليوتيدات أو كيف اجتمعت معًا لتشكيل البوليمرات في ظل ظروف الأرض المبكرة.

في عام 2009 ، اقترح العالم البريطاني جون ساذرلاند حلاً عمليًا بإعلانه أن مختبره قد وجد عملية يمكن أن تبني نيوكليوتيدات من لبنات بناء ربما كانت موجودة في وقت مبكر أرض. من المحتمل أن تكون هذه العملية قد أدت إلى ظهور النيوكليوتيدات ، والتي تم ربطها بعد ذلك من خلال التفاعلات التي تحدث على طول سطح الطبقات المجهرية من الطين.

على الرغم من أن سيناريو RNA-First يحظى بشعبية كبيرة بين علماء أصل الحياة ، إلا أن هناك تفسيرًا آخر يقترح أن التمثيل الغذائي يأتي قبل RNA أو DNA أو البروتين. يشير هذا السيناريو الأول لعملية التمثيل الغذائي إلى أن الحياة نشأت بالقرب من بيئات ذات ضغط مرتفع ودرجات حرارة عالية مثل أعماق البحار وفتحات المياه الساخنة. دفعت هذه الظروف التفاعلات المحفزة بالمعادن وأدت إلى ظهور خليط غني من المركبات العضوية. أصبحت هذه المركبات بدورها اللبنات الأساسية للبوليمرات مثل البروتينات والحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، في وقت النشر ، لا توجد أدلة كافية تشرح بشكل قاطع ما إذا كان نهج التمثيل الغذائي أولاً أو نهج RNA World صحيحًا.