Wissenschaftler arbeiten seit Generationen daran, die Geheimnisse darüber zu entschlüsseln, wie das Leben auf der Erde begann, und eine frühere Randtheorie hat gerade viel an Bedeutung gewonnen.
Die „RNA-Welt“-Theorie besagt, dass die sogenannte Ursuppe der frühen Erde voller einzelsträngiger Schwester-RNA der DNA war, die die Anweisungen für die Erhaltung des Lebens enthält.
Jetzt hat ein Forscherteam am Salk Institute ein entscheidendes Teil dieses Puzzles entschlüsselt und es sogar im Labor gebaut: eine obskure, aber wesentliche Klasse von Molekülen, die RNA-Polymerase-Ribozyme genannt werden.
Die Ribozyme der RNA-Polymerase sind nicht gut verstanden, aber Wissenschaftler vermuten jetzt, dass diese Substanzen es der RNA ermöglichten, sich im Gel und Schlamm des frühen Planeten nicht nur zu reproduzieren, sondern sich tatsächlich zu entwickeln.
Diese Streudiagramme zeigen, wie über mehrere Evolutionsrunden hinweg neue RNA-Polymerase-Ribozyme entstanden. Eine Version mit geringerer Qualität (oben) entfernte sich von ihrer ursprünglichen Reihenfolge und tendierte zur Zufälligkeit, während eine Version mit höherer Qualität (unten) ihre ursprüngliche Funktion beibehielt und neue Sequenzen entwickelte
Obwohl wenig über RNA-Polymerase-Ribozyme bekannt ist, wissen Wissenschaftler, dass sie RNA-Stränge kopieren können.
In Laborexperimenten zeigten Wissenschaftler, dass das nicht alles ist, was sie tun können.
Anscheinend können sie sich auch weiterentwickeln.
Ihre Experimente zeigten, dass RNA-Polymerase-Ribozyme RNA nicht nur kopieren können, sondern auch besser darin werden können.
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Das Leben auf der Erde könnte dank einer modifizierten Version des Schwestermoleküls der modernen DNA entstanden sein, das für die Evolution von wesentlicher Bedeutung war
RNA ähnelt strukturell der DNA, außer dass einer der vier Grundbestandteile – Thymin – Uracil ersetzt. Dies verändert die Form und Struktur des Moleküls und Wissenschaftler glauben seit langem, dass diese Chemikalie die Ursache für die ersten Lebensformen auf der Erde ist.
Im Laufe der Zeit beobachteten sie, dass die RNA-Polymerase-Ribozyme, die Kopien von sich selbst erstellten, auch RNA kopieren konnten.
Und die Kopien waren nicht nur funktionsfähig, sondern sie wurden sogar besser darin, RNA zu kopieren – die gleiche Art von Evolution, die Charles Darwin beschrieben hat.
Wie Darwin die Evolution beschrieb: Je „fitter“ ein Organismus ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass er sein genetisches Material reproduziert und weitergibt.
Er wusste nichts über DNA, aber DNA ist die Art und Weise, wie Gene weitergegeben werden.
Das neue Experiment legt nahe, dass im Szenario der RNA-Welt möglicherweise eine Art Evolution stattgefunden hat.
Da bestimmte RNA-Polymerase-Ribozyme beim Kopieren von RNA besser wurden, war es wahrscheinlicher, dass sie dort blieben und ihre Rolle weiterhin erfüllten.
Andererseits kopierten Exemplare mit geringerer Qualität die RNA weniger zuverlässig und ihre Sequenzen verschwanden und wurden über mehrere Evolutionszyklen hinweg zufälliger.
Möglicherweise gab es nicht einmal DNA, die weitergegeben werden konnte, aber die Evolution fand statt, sagten die Autoren der neuen Studie.
„Wir verfolgen den Beginn der Evolution“, sagte der leitende Studienautor und Salk-Präsident Gerald Joyce in einer Erklärung.
„Indem wir diese neuartigen Fähigkeiten der RNA aufdecken, decken wir die potenziellen Ursprünge des Lebens selbst auf und zeigen, wie einfache Moleküle den Weg für die Komplexität und Vielfalt des Lebens, die wir heute sehen, hätten ebnen können.“
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Schließlich fügte sich die RNA zusammen und bildete die bekanntere doppelsträngige Struktur der DNA, wodurch einzellige Organismen und dann komplexere Lebensformen entstanden.
Dies sind alles nur Theorien, da wir niemals zum Anfang des Planeten zurückkehren und bestätigen können, wie alles begann.
Aber der Aufbau von RNA-Polymerase-Ribozymen im Labor und die Beobachtung, wie sie die RNA-Entwicklung unterstützen, verleiht der RNA-World-Theorie mehr Gewicht, denn sie zeigt, dass dies theoretisch möglich war.
Die frühe Erde enthielt möglicherweise die Zutaten für Leben, lange bevor irgendetwas auf unserem Planeten lebte. Wissenschaftler haben nun Beweise dafür, dass sich diese Materialien sogar von selbst entwickelt haben könnten
RNA ist wie die einzelsträngige Version der DNA und enthält die Teile des genetischen Materials, die Zellen zur Kommunikation verwenden.
Proteine, die Grundmaterialien von Lebewesen, werden nach den in der RNA enthaltenen Anweisungen aufgebaut.
Es ist ein unbesungener Held des Lebens. Es funktioniert immer und wir würden ohne es sterben, aber die DNA gebührt meist die Ehre.
„Wir haben uns schon lange gefragt, wie einfach das Leben am Anfang war und als es die Fähigkeit erlangte, sich selbst zu verbessern“, sagte der Erstautor der Studie, Nikolaos Papastavrou, ein wissenschaftlicher Mitarbeiter in Joyces Labor.
„Diese Studie legt nahe, dass der Beginn der Evolution sehr früh und sehr einfach gewesen sein könnte.“ Etwas auf der Ebene einzelner Moleküle könnte die darwinistische Evolution unterstützen, und das könnte der Funke gewesen sein, der es dem Leben ermöglicht hat, komplexer zu werden und sich von Molekülen über Zellen bis hin zu mehrzelligen Organismen zu entwickeln.“
Einige Wissenschaftler behaupten, das Leben sei auf Asteroiden von den Sternen aus transportiert worden, während andere behaupten, die Bausteine für das Leben seien aus dem Weltraum gekommen und hätten sich auf der Erde zu Lebensformen zusammengefügt. Eine ältere Idee besagt, dass sich die Grundmoleküle des Lebens hier auf der Erde aus anorganischen Verbindungen zusammensetzten.
Ohne RNA wären die meisten Funktionen des Körpers nicht möglich. RNA enthält Anweisungen zum Aufbau von Proteinen, die fast allem zugrunde liegen, was Zellen tun.
Lange bevor Tiere und einzellige Organismen existierten, beherbergte die frühe Erde möglicherweise Stränge genetischen Materials – und, was noch wichtiger ist, die Chemikalien, die sie zur Replikation befähigen können.
Die Arbeit des Teams von Joyce und Papastavrou muss von anderen Forschern wiederholt werden, aber vorerst stellt sie ein Zeichen für eine Theorie zur Entstehung des Lebens dar.
Das Team sagte, es hoffe, dass es überhaupt herausfinden könne, wie durch denselben Evolutionsprozess neue RNA-Funktionen erfunden werden.