'생명의 기원에 관한 몇 가지 질문에 대한 답이 밝혀졌지만 아직 연구해야 할 부분이 많이 남아 있습니다'라고 Stanley Miller와 Harold Urey는 원시 지구 조건에서 실험실에서 아미노산 합성을 보고한 후 1959년에 말했습니다. 많은 발전이 이루어졌지만 과학자들은 오랫동안 원시 지구에서 가장 먼저 형성된 유전 물질이 무엇인지에 대한 근본적인 질문을 놓고 고심해 왔습니다. DNA or RNA, 아니면 둘 다인가요? 현재 다음과 같은 증거가 있습니다. DNA 과 RNA 둘 다 생명체가 각각의 유전 물질과 함께 진화했을 수 있는 원시 수프에 공존했을 수 있습니다.
분자 생물학의 중심 교리는 다음과 같습니다. DNA 브랜드 RNA 브랜드 단백질. 단백질 유기체에서 일어나는 모든 반응은 아니더라도 대부분을 담당합니다. 유기체의 전체 기능은 주로 유기체의 존재와 상호 작용에 달려 있습니다. 단백질 분자. 중앙도그마에 따르면, 단백질 포함된 정보에 의해 생성됩니다. DNA 기능성으로 변환된 것 단백질 RNA라는 메신저를 통해 그러나 다음이 가능합니다. 단백질 아무 것도 없이 독립적으로 생존할 수 있습니다. DNA or RNA, 프리온의 경우와 마찬가지로(잘못 접힌 단백질 함유하지 않은 분자 DNA or RNA), 하지만 스스로 살아남을 수 있습니다.
따라서 생명의 기원에는 세 가지 시나리오가 있을 수 있습니다.
가) 만약 단백질 또는 그 구성 요소는 수십억 년 전 원시 수프에 존재했던 대기 중에 비생물적으로 형성될 수 있었습니다. 단백질 의 기초라 할 수 있다 생명의 기원. 이에 유리한 실험적 증거는 스탠리 밀러(Stanley Miller)의 유명한 실험에서 나옵니다.1, 2이는 메탄, 암모니아, 물, 수소의 혼합물이 함께 혼합되어 방전을 통과하여 순환하면 아미노산의 혼합물이 형성된다는 것을 보여주었습니다. 이는 XNUMX년 뒤에도 다시 확인됐다.3 1959년 Stanley Miller와 Harold Urey는 원시 지구의 환원성 대기가 존재하여 다음과 같은 물질이 합성되었다고 말했습니다. 유기적인 위에서 언급한 가스와 소량의 일산화탄소 및 이산화탄소가 존재하는 경우 화합물. Miller-Urey 실험의 타당성은 연구에 사용된 가스 혼합물이 원시 지구에 존재했던 조건에 비해 너무 감소했다고 생각한 과학 단체에 의해 수년 동안 의문을 제기했습니다. N2 및 수증기와 함께 과량의 CO2를 포함하는 중성 대기를 가리키는 많은 이론4. 그러나 중성 대기도 아미노산 합성에 적합한 환경으로 확인되었습니다.5. 또한, 단백질 생명의 기원으로 작용하기 위해서는 자기 복제를 통해 서로 다른 생물체의 결합이 필요합니다. 단백질 유기체에서 일어나는 다양한 반응에 대응하기 위해.
B) 원시 수프가 구성 요소의 구성 요소를 위한 조건을 제공한 경우 DNA 및 / 또는 RNA 형성된다면 이들 중 하나가 유전 물질일 수 있습니다. 지금까지의 연구가 선호됨 RNA 스스로 접히는 능력으로 인해 생명 형태의 기원을 위한 유전 물질이 되고, 단일 가닥으로 존재하며 효소로 작용합니다.6, 더 많은 것을 만들 수 있는 RNA 분자. 다수의 자가 복제 RNA 효소7 수년에 걸쳐 발견되었으며 RNA 시작 유전 물질이 됩니다. 이는 혼합물에 인산염을 포함시켜 원시 수프와 유사한 환경에서 두 개의 RNA 염기가 형성되는 John Sutherland 그룹의 연구에 의해 더욱 강화되었습니다.8. Miller-Urey의 실험에 사용된 것과 유사한 환원 분위기(암모니아, 일산화탄소 및 물 포함)를 시뮬레이션한 다음 이를 통해 전기 방전 및 고출력 레이저를 통과시켜 RNA 빌딩 블록의 형성을 보여주었습니다.9. RNA가 기원자라고 믿어진다면, 언제, 어떻게 그랬는가? DNA 그리고 단백질이 생기나요? 했다 DNA RNA의 불안정한 성질 때문에 나중에 유전물질로 발전하고, 단백질도 뒤따랐다. 이 모든 질문에 대한 답변은 여전히 답이 없습니다.
다) 생명의 기원이 된 원시 수프에 DNA와 RNA가 공존할 수 있다는 세 번째 시나리오는 지난 3일 발표된 연구에서 나왔다.rd 2020년 XNUMX월 영국 케임브리지에 있는 MRC 연구소의 John Sutherland 그룹이 작성했습니다. 연구자들은 실험실의 얕은 연못을 통해 수십억 년 전 원시 지구에 존재했던 조건을 시뮬레이션했습니다. 그들은 먼저 다음을 형성하는 화학물질을 용해시켰습니다. RNA 물 속에서 건조하고 가열한 다음 원시 시대에 존재했던 태양 광선을 시뮬레이션하는 UV 방사선에 노출시킵니다. 이는 두 가지 구성 요소의 통합으로 이어졌을 뿐만 아니라 RNA 뿐만 아니라 DNA, 이는 생명이 탄생할 당시 두 핵산이 공존하고 있었음을 암시한다.10.
오늘날 존재하는 동시대의 지식과 분자생물학의 중심교리를 존중하여 생명의 기원과 단백질 형성을 이끈 DNA와 RNA가 공존했다는 것은 이후에 발생했을 가능성이 있다고 보인다.
그러나 저자는 세 가지 중요한 생물학적 거대분자가 모두 존재하는 또 다른 시나리오를 추측하고자 합니다. 원시 수프에는 DNA, RNA 및 단백질이 함께 존재했습니다. 지표면의 화학적 성질, 화산 폭발, 암모니아, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소와 같은 가스의 존재와 물과 함께 원시 수프에 존재했던 지저분한 조건은 모든 거대분자가 형성되기에 이상적이었을 것입니다. 핵염기가 동일한 환원 분위기에서 형성된 Ferus et al.의 연구에 의해 이에 대한 힌트가 제공되었습니다.9 Miller-Urey의 실험에 사용되었습니다. 우리가 이 가설을 믿는다면, 진화 과정에서 다양한 유기체는 앞으로 나아가는 데 유리한 유전 물질 중 하나 또는 다른 유전 물질을 채택했습니다.
그러나 우리가 생명체의 기원을 이해하려고 시도함에 따라 생명체가 어떻게 생겨나고 번식했는지에 대한 근본적이고 적절한 질문에 답하기 위해서는 훨씬 더 많은 연구가 필요합니다. 이것은 과학에서 따르는 현재의 도그마에 의해 우리의 생각에 도입된 편견에 의존하지 않고 "즉시 사용 가능한" 접근 방식을 필요로 합니다.
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참조 :
1. Miller S., 1953. 가능한 원시 지구 조건에서 아미노산 생산. 과학. 15년 1953월 117일: Vol. 3046, 528호, 529-XNUMX페이지 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. 프리바이오틱 수프 – 밀러 실험 재검토. 과학 02년 2003월 300일: Vol. 5620, 745호, 746-XNUMX페이지 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL 및 Urey HC, 1959. 원시 지구에서의 유기 화합물 합성. 과학 31년 1959월 130일: Vol. 3370, 245호, 251-XNUMX페이지. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. 캐스팅 JF, 하워드 MT. 2006. 초기 지구의 대기 구성과 기후. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). 게시일: 07년 2006월 XNUMX일. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. 중성 행성 대기에서 생물 이전의 유기 합성에 대한 재평가. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. 개입 시퀀스 RNA 테트라히메나의 효소이다. 과학 31년 1986월 231일: Vol. 4737, 470호, 475-XNUMX페이지 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. 활성 리보자임의 리보자임 촉매 전사. 과학 08월 332일: Vol. 6026, 209호, 212-2011페이지(XNUMX). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. 합성 전생물학적 그럴듯한 조건에서 활성화된 피리미딘 리보뉴클레오티드의 합성. Nature 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Miller-Urey 환원 분위기에서 핵염기 형성. PNAS 25년 2017월 114일 17 (4306) 4311-10; 2017년 XNUMX월 XNUMX일에 처음 게시되었습니다. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. 외. 2020 RNA 피리미딘의 선택적 프리바이오틱 형성 및 DNA 퓨린 뉴클레오시드. 자연 582, 60–66 (2020). 게시일: 03년 2020월 XNUMX일. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
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