19 فوریه 2021توسط دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان مونیخ
مطالعه ای که توسط Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) در فیزیکدانان مونیخ انجام شده است ، نشان می دهد که ویژگی های اساسی کاسه های پلیمری ، مانند ترکیب زیر واحد آنها ، برای تحریک فرآیندهای انتخاب در یک محیط قابل قبول پری بیوتیک کافی است.
قبل از ظهور حیات در زمین ، بسیاری از فرایندهای فیزیک وشیمیایی در سیاره ما بسیار بی نظم بود. انبوهی از ترکیبات کوچک و پلیمرهایی با طول های مختلف ، ساخته شده از زیر واحد ها مانند بازهای موجود در DNA و RNA ، که در هر ترکیب قابل تصور وجود دارد. قبل از ظهور فرآیندهای شیمیایی مانند زندگی ، باید سطح هرج و مرج در این سیستم ها کاهش یابد. در یک مطالعه جدید ، فیزیکدانان LMU به رهبری دیتر براون نشان دادند که ویژگی های اساسی پلیمرهای ساده ، همراه با جنبه های خاصی از محیط پری بیوتیک ، می تواند باعث ایجاد فرآیندهای انتخابی شود که اختلال را کاهش می دهد.
در انتشارات قبلی ، گروه تحقیقاتی براون کشف کرد که چگونه نظم فضایی در محفظه های باریک و پر از آب درون سنگ های آتشفشانی متخلخل در کف دریا ایجاد شده است. این مطالعات نشان داد که ، در صورت وجود اختلاف دما و پدیده ی همرفت که به عنوان اثر سورت شناخته می شود ، رشته های RNA می توانند به صورت وابسته به طول و به صورت محلی در چندین اندازه جمع شوند. براون می گوید: “مسئله این است که توالی پایه مولکولهای طولانی تری که فرد به دست می آورد کاملاً آشفته است.”
ریبوزیم های تکامل یافته آنزیم های مبتنی بر RNA دارای یک توالی پایه بسیار خاص هستند که مولکول ها را قادر می سازد تا به شکل های خاصی جمع شوند ، در حالی که اکثریت قریب به اتفاق الیگومرهای تشکیل شده در زمین اولیه احتمالاً توالی تصادفی دارند. پاتریک کودلا ، نویسنده اول گزارش جدید ، می گوید: “تعداد کل توالی های پایه ممکن ، که به” فضای توالی “معروف است ، به طرز باورنکردنی زیادی است.” این امر جمع آوری ساختارهای پیچیده مشخصه ریبوزیمهای عملکردی یا قابل مقایسه را غیر ممکن می کند. مولکولها با یک فرآیند کاملاً تصادفی. “این باعث شد تیم LMU شک کنند که گسترش مولکولها برای تشکیل” الیگومرهای “بزرگتر در معرض نوعی مکانیزم از پیش انتخاب است.
در زمان پیدایش حیات ، در مقایسه با مکانیسم های تکثیر پیچیده سلول ها ، فقط چند فرآیند فیزیکی و شیمیایی بسیار ساده وجود داشت ، بنابراین انتخاب توالی ها باید بر اساس محیط و خواص الیگومرها باشد. این همان جایی است که تحقیقات گروه Braun آغاز می شود. برای عملکرد کاتالیزوری و پایداری الیگومرها ، مهم است که آنها مانند ساختار مارپیچ شناخته شده DNA رشته های دوتایی ایجاد کنند. این ویژگی اولیه بسیاری از پلیمرها است و مجتمع هایی را با قطعات دو رشته و تک رشته امکان پذیر می کند. قطعات تک رشته ای را می توان با دو فرایند بازسازی کرد. ابتدا با اصطلاح پلیمریزاسیون ، که در آن رشته ها توسط تک پایه ها تکمیل می شوند و رشته های کامل دوتایی را تشکیل می دهند. مورد دیگر توسط چیزی است که به عنوان بستن شناخته می شود. در این فرایند ، الیگومرهای طولانی تر به هم متصل می شوند. در اینجا ، هر دو بخش دو رشته ای و تک رشته ای تشکیل می شود که رشد بیشتر الیگومر را امکان پذیر می کند.
براون می گوید: “آزمایش ما با تعداد زیادی رشته کوتاه DNA آغاز می شود و در سیستم مدل ما برای اولیگومرهای اولیه فقط از دو پایه مکمل آدنین و تیمین استفاده می کنیم.” “ما فرض می کنیم که بستن رشته ها با توالی تصادفی منجر به تشکیل رشته های طولانی تر می شود که توالی پایه آنها هرج و مرج کمتری دارد.” سپس گروه براون با استفاده از روشی که در تجزیه و تحلیل ژنوم انسان نیز استفاده می شود ، مخلوط های توالی تولید شده در این آزمایشات را تجزیه و تحلیل کردند. آزمون تایید کرد که آنتروپی توالی ، یعنی درجه اختلال یا تصادفی در توالی های بازیابی شده ، در واقع در این آزمایشات کاهش یافته است.
محققان همچنین قادر به شناسایی علل این دستور “خود تولید شده” بودند. آنها دریافتند که اکثر توالی های بدست آمده به دو گروه تقسیم می شوند – با ترکیبات پایه 70٪ آدنین و 30٪ تیمین یا بالعکس. براون توضیح می دهد: “با نسبت قابل توجهی بزرگتر از یكی از دو پایه ، رشته نمی تواند روی خود جمع شود و به عنوان یك شریک واكنش برای بستن باقی می ماند.” بنابراین ، به سختی رشته هایی با نیمی از هر دو پایه در واکنش ایجاد می شوند. براون می گوید: “ما همچنین می بینیم كه چگونه تحریفات كوچك در رشته كوتاه DNA الگوهای برجسته ای از موقعیت را به خصوص در رشته های طولانی محصول وابسته می گذارد.” نتیجه محققان را متعجب کرد ، زیرا رشته ای که فقط دارای دو پایه مختلف با نسبت پایه خاص است ، راههای محدودی برای تمایز از یکدیگر دارد. آنالنا سالدیت ، یکی از نویسندگان این تحقیق ، می گوید: “فقط الگوریتم های خاص می توانند چنین جزئیات شگفت انگیزی را تشخیص دهند.”
آزمایشات نشان می دهد که ساده ترین و اساسی ترین خصوصیات الیگومرها و محیط آنها می تواند زمینه را برای فرآیندهای انتخابی فراهم کند. حتی در یک سیستم مدل ساده ، مکانیسم های مختلف انتخابی می توانند بازی کنند ، که در رشد رشته ها در مقیاس های مختلف تأثیر دارند و نتایج ترکیبات مختلف عوامل هستند. به گفته براون ، این مکانیسم های انتخاب پیش شرط تشکیل مجتمع های فعال از نظر تجزیه مانند ریبوزیم ها بودند و بنابراین نقش مهمی در ظهور زندگی از هرج و مرج داشتند.
