โปรตีน, DNA หรือ RNA มาก่อนหรือไม่?

หลักฐานสำคัญบ่งชี้ว่าทุกชีวิตบนโลกทุกวันนี้พัฒนามาจากบรรพบุรุษร่วมกัน กระบวนการที่บรรพบุรุษร่วมกันเกิดจากสิ่งไม่มีชีวิตเรียกว่า abiogenesis กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้และยังคงเป็นหัวข้อของการวิจัย ในบรรดานักวิทยาศาสตร์ที่สนใจเรื่องต้นกำเนิดของชีวิต ไม่ว่าโปรตีน อาร์เอ็นเอ หรือโมเลกุลอื่นๆ จะมาก่อนเป็นประเด็นที่มีการถกเถียงกันอย่างถึงพริกถึงขิง

ในการทดลอง Urey-Miller ที่มีชื่อเสียง นักวิทยาศาสตร์ได้ผสมก๊าซมีเทน น้ำ แอมโมเนีย และไฮโดรเจนเข้าด้วยกันเพื่อพยายามจำลองบรรยากาศของโลกยุคแรก จากนั้นพวกเขาก็ยิงประกายไฟฟ้าผ่านส่วนผสมนี้เพื่อจำลองสายฟ้า กระบวนการนี้ทำให้เกิดกรดอะมิโนและสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสภาวะเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในโลกยุคแรกสามารถสร้างกรดอะมิโน ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญของโปรตีน

แต่การรับจากส่วนผสมของกรดอะมิโนในสารละลายไปเป็นโปรตีนที่ใช้งานได้ซึ่งไม่เสียหายทำให้เกิดปัญหามากมาย ตัวอย่างเช่น เมื่อเวลาผ่านไป โปรตีนในน้ำมักจะแยกออกจากกันแทนที่จะรวมกันเป็นสายโมเลกุลที่ยาวกว่า นอกจากนี้ การถามว่าโปรตีนหรือ DNA ปรากฏตัวครั้งแรกเป็นปัญหาไก่หรือไข่ที่คุ้นเคยหรือไม่ โปรตีนสามารถกระตุ้นปฏิกิริยาเคมี และ DNA สามารถเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมได้ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลเหล่านี้เพียงอย่างเดียวไม่เพียงพอต่อการดำรงชีวิต ต้องมีดีเอ็นเอและโปรตีน

ทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้คือสิ่งที่เรียกว่าแนวทาง RNA World ซึ่ง RNA มาก่อนโปรตีนหรือ DNA วิธีแก้ปัญหานี้น่าสนใจเพราะ RNA รวมคุณสมบัติบางอย่างของโปรตีนและ DNA อาร์เอ็นเอสามารถเร่งปฏิกิริยาเคมีได้เช่นเดียวกับโปรตีน และสามารถจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรมได้เช่นเดียวกับดีเอ็นเอ และกลไกของเซลล์ที่ใช้อาร์เอ็นเอในการสังเคราะห์โปรตีนนั้นประกอบขึ้นจากอาร์เอ็นเอส่วนหนึ่งและอาศัยอาร์เอ็นเอเพื่อทำหน้าที่ของมัน นี่แสดงให้เห็นว่าอาร์เอ็นเออาจมีบทบาทสำคัญในประวัติศาสตร์ยุคแรก ๆ ของชีวิต

ปัญหาหนึ่งของสมมติฐาน RNA World คือธรรมชาติของอาร์เอ็นเอเอง RNA เป็นพอลิเมอร์หรือสายโซ่ของนิวคลีโอไทด์ ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่านิวคลีโอไทด์เหล่านี้ก่อตัวอย่างไรหรือรวมตัวกันเพื่อก่อตัวเป็นโพลีเมอร์ได้อย่างไรภายใต้สภาวะของโลกยุคแรก

ในปี 2009 นักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ จอห์น ซัทเทอร์แลนด์ เสนอวิธีแก้ปัญหาโดยประกาศว่าห้องแล็บของเขาได้ค้นพบ กระบวนการที่สามารถสร้างนิวคลีโอไทด์จากหน่วยการสร้างที่อาจมีอยู่ในช่วงต้น โลก. เป็นไปได้ว่ากระบวนการนี้อาจก่อให้เกิดนิวคลีโอไทด์ ซึ่งจากนั้นก็เชื่อมโยงกันด้วยปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นตามพื้นผิวของชั้นดินเหนียวด้วยกล้องจุลทรรศน์

แม้ว่าสถานการณ์ RNA-First จะได้รับความนิยมอย่างมากในหมู่นักวิทยาศาสตร์ต้นกำเนิดของชีวิต แต่ก็มีคำอธิบายอื่นซึ่งเสนอว่าเมแทบอลิซึมมาก่อน RNA, DNA หรือโปรตีน สถานการณ์จำลองก่อนเมแทบอลิซึมนี้ชี้ให้เห็นว่าชีวิตเกิดขึ้นใกล้กับสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง เช่น ช่องระบายอากาศใต้ทะเลลึกและน้ำร้อน สภาวะเหล่านี้กระตุ้นปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยาด้วยแร่ธาตุและก่อให้เกิดส่วนผสมที่อุดมไปด้วยสารประกอบอินทรีย์ สารประกอบเหล่านี้กลายเป็นส่วนประกอบสำคัญของโพลีเมอร์ เช่น โปรตีนและอาร์เอ็นเอ อย่างไรก็ตาม ณ เวลาที่ตีพิมพ์ยังไม่มีหลักฐานเพียงพอที่จะอธิบายได้อย่างชัดเจนว่าวิธีเมตาบอลิซึมเป็นอันดับแรกหรือ RNA World นั้นถูกต้องหรือไม่