'คำถามหลายข้อเกี่ยวกับต้นกำเนิดของชีวิตได้รับคำตอบแล้ว แต่ยังมีอีกมากที่ต้องศึกษา' Stanley Miller และ Harold Urey กล่าวย้อนกลับไปในปี 1959 หลังจากรายงานการสังเคราะห์กรดอะมิโนในห้องปฏิบัติการในสภาพดินดึกดำบรรพ์ ความก้าวหน้ามากมายที่เกิดขึ้น แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังต้องดิ้นรนกับคำถามพื้นฐานที่ว่า สารพันธุกรรมชนิดใดถูกสร้างขึ้นเป็นครั้งแรกบนโลกดึกดำบรรพ์ ดีเอ็นเอ or อาร์เอ็นเอหรือทั้งสองอย่างเล็กน้อย? ขณะนี้มีหลักฐานที่จะแนะนำว่า ดีเอ็นเอ และ อาร์เอ็นเอ ทั้งสองอย่างอาจอยู่ร่วมกันในซุปดึกดำบรรพ์ซึ่งเป็นที่ที่รูปแบบชีวิตอาจมีวิวัฒนาการไปตามสารพันธุกรรมตามลำดับ
หลักคำสอนของอณูชีววิทยากล่าวว่า ดีเอ็นเอ ทำให้ อาร์เอ็นเอ ทำให้ โปรตีน. โปรตีน มีความรับผิดชอบต่อคนส่วนใหญ่ (หากไม่ใช่ปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต) การทำงานทั้งหมดของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับการมีอยู่และปฏิสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตเป็นหลัก โปรตีน โมเลกุล ตามความเชื่อหลักที่ว่า โปรตีน เกิดจากข้อมูลที่มีอยู่ใน ดีเอ็นเอ ซึ่งถูกแปลงเป็นฟังก์ชัน โปรตีน ผ่านผู้ส่งสารที่เรียกว่า RNA อย่างไรก็ตามก็เป็นไปได้ว่า โปรตีน ตนเองสามารถดำรงอยู่ได้โดยอิสระโดยไม่ต้องมีสิ่งใดเลย ดีเอ็นเอ or อาร์เอ็นเอเช่นเดียวกับกรณีของพรีออน (พับผิด โปรตีน โมเลกุลที่ไม่มี ดีเอ็นเอ or อาร์เอ็นเอ) แต่ก็สามารถดำรงอยู่ได้ด้วยตัวเอง
ดังนั้น อาจมีสามสถานการณ์สำหรับต้นกำเนิดของชีวิต
ก) ถ้า โปรตีน หรือโครงสร้างสามารถก่อตัวขึ้นได้ในบรรยากาศที่ดำรงอยู่เมื่อหลายพันล้านปีก่อนในซุปดึกดำบรรพ์ โปรตีน เรียกได้ว่าเป็นพื้นฐานของ กำเนิดชีวิต. หลักฐานการทดลองที่สนับสนุนมาจากการทดลองที่มีชื่อเสียงโดย Stanley Miller1, 2ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเมื่อส่วนผสมของมีเทน แอมโมเนีย น้ำ และไฮโดรเจนรวมกันและหมุนเวียนผ่านการปล่อยไฟฟ้า จะเกิดส่วนผสมของกรดอะมิโนขึ้น สิ่งนี้ได้รับการยืนยันอีกครั้งในเจ็ดปีต่อมา3 ในปี พ.ศ. 1959 โดยสแตนลีย์ มิลเลอร์ และแฮโรลด์ ยูเรย์ ระบุว่าการมีอยู่ของชั้นบรรยากาศที่ลดลงในโลกดึกดำบรรพ์ทำให้เกิดการสังเคราะห์ อินทรีย์ สารประกอบที่มีก๊าซดังกล่าวข้างต้นบวกกับคาร์บอนมอนอกไซด์และคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณเล็กน้อย ความเกี่ยวข้องของการทดลองของมิลเลอร์-อูเรย์ถูกตั้งคำถามโดยพี่น้องทางวิทยาศาสตร์มาหลายปี โดยคิดว่าส่วนผสมของก๊าซที่ใช้ในการวิจัยของพวกเขาลดลงเกินไปเมื่อเทียบกับเงื่อนไขที่มีอยู่บนโลกยุคดึกดำบรรพ์ ทฤษฎีจำนวนหนึ่งชี้ไปที่บรรยากาศที่เป็นกลางซึ่งประกอบด้วย CO2 ส่วนเกินที่มี N2 และไอน้ำ4. อย่างไรก็ตาม บรรยากาศที่เป็นกลางยังได้รับการระบุว่าเป็นสภาพแวดล้อมที่สมเหตุสมผลสำหรับการสังเคราะห์กรดอะมิโน5. นอกจากนี้สำหรับ โปรตีน เพื่อทำหน้าที่เป็นต้นกำเนิดของชีวิต พวกเขาจำเป็นต้องจำลองตัวเองซึ่งนำไปสู่การผสมผสานของความแตกต่าง โปรตีน เพื่อรองรับปฏิกิริยาต่างๆ ที่เกิดขึ้นในสิ่งมีชีวิต
ข) ถ้าซุปดั้งเดิมให้เงื่อนไขสำหรับการสร้างบล็อคของ ดีเอ็นเอ และ / หรือ อาร์เอ็นเอ ที่จะก่อตัวขึ้นมา ทั้งสองอย่างนี้ก็อาจเป็นสารพันธุกรรมได้ การวิจัยจนถึงปัจจุบันได้รับการสนับสนุน อาร์เอ็นเอ เป็นสารพันธุกรรมในการกำเนิดสิ่งมีชีวิตเนื่องจากสามารถพับทับตัวมันเองได้เป็นเกลียวเดี่ยวและทำหน้าที่เป็นเอนไซม์6, สามารถสร้างได้มากขึ้น อาร์เอ็นเอ โมเลกุล เอนไซม์ RNA ที่จำลองตัวเองจำนวนหนึ่ง7 ถูกค้นพบตลอดหลายปีที่ผ่านมา อาร์เอ็นเอ เพื่อเป็นสารพันธุกรรมเริ่มต้น สิ่งนี้ได้รับความเข้มแข็งยิ่งขึ้นด้วยการวิจัยที่ดำเนินการโดยกลุ่มของ John Sutherland ซึ่งนำไปสู่การก่อตัวของ RNA สองฐานในสภาพแวดล้อมที่คล้ายกับซุปดึกดำบรรพ์โดยการรวมฟอสเฟตลงในส่วนผสม8. การก่อตัวของบล็อค RNA ยังแสดงให้เห็นโดยการจำลองบรรยากาศที่ลดลง (ประกอบด้วยแอมโมเนีย คาร์บอนมอนอกไซด์ และน้ำ) คล้ายกับที่ใช้ในการทดลองของ Miller-Urey แล้วปล่อยประจุไฟฟ้าและเลเซอร์กำลังสูงผ่านเข้าไป9- ถ้าเชื่อกันว่า RNA เป็นผู้กำเนิด แล้วเมื่อใดและอย่างไร ดีเอ็นเอ และโปรตีนเกิดขึ้นได้อย่างไร? ทำ ดีเอ็นเอ พัฒนาเป็นสารพันธุกรรมในภายหลังเนื่องจากธรรมชาติของ RNA และโปรตีนไม่เสถียรตามมา คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ทั้งหมดยังคงไม่ได้รับคำตอบ
C) สถานการณ์ที่สามที่ DNA และ RNA สามารถอยู่ร่วมกันในซุปดึกดำบรรพ์ที่นำไปสู่ต้นกำเนิดของชีวิตมาจากการศึกษาที่ตีพิมพ์ใน 3rd มิถุนายน 2020 โดยกลุ่มของ John Sutherland จากห้องปฏิบัติการ MRC ที่เมืองเคมบริดจ์ สหราชอาณาจักร นักวิจัยได้จำลองสภาวะที่มีอยู่บนโลกดึกดำบรรพ์เมื่อหลายพันล้านปีก่อน โดยมีบ่อน้ำตื้นในห้องทดลอง ขั้นแรกพวกเขาจะละลายสารเคมีที่เกิดขึ้น อาร์เอ็นเอ ในน้ำ ตามด้วยการทำให้แห้งและให้ความร้อน จากนั้นให้รังสี UV ซึ่งจำลองรังสีดวงอาทิตย์ที่มีอยู่ในสมัยดึกดำบรรพ์ สิ่งนี้ไม่เพียงแต่นำไปสู่การสังเคราะห์องค์ประกอบทั้งสองของเท่านั้น อาร์เอ็นเอ แต่ยังของ ดีเอ็นเอแสดงให้เห็นว่ากรดนิวคลีอิกทั้งสองอยู่ร่วมกันในเวลาที่สิ่งมีชีวิตอาศัยอยู่10.
จากความรู้ร่วมสมัยที่มีอยู่ในปัจจุบันและให้เกียรติหลักความเชื่อหลักของอณูชีววิทยา ดูเหมือนว่ามีความเป็นไปได้ที่ DNA และ RNA จะอยู่ร่วมกันซึ่งนำไปสู่ต้นกำเนิดของชีวิตและการสร้างโปรตีน/เกิดขึ้นในภายหลัง
อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนมีความประสงค์ที่จะคาดเดาสถานการณ์อื่นที่ทั้งสามโมเลกุลทางชีววิทยาที่สำคัญ ได้แก่ DNA, RNA และโปรตีนมีอยู่ร่วมกันในซุปดึกดำบรรพ์ สภาพที่ยุ่งเหยิงที่มีอยู่ในซุปดึกดำบรรพ์ที่เกี่ยวข้องกับธรรมชาติทางเคมีของพื้นผิวโลก ภูเขาไฟระเบิด และการปรากฏตัวของก๊าซ เช่น แอมโมเนีย มีเทน คาร์บอนมอนอกไซด์ คาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ อาจเหมาะอย่างยิ่งสำหรับโมเลกุลขนาดใหญ่ทั้งหมดที่จะก่อตัวขึ้น คำใบ้นี้มาจากการวิจัยของ Ferus et al. โดยที่นิวคลีโอเบสก่อตัวขึ้นในบรรยากาศลดระดับเดียวกัน9 ใช้ในการทดลองของ Miller-Urey หากเราต้องเชื่อในสมมติฐานนี้ ในระหว่างวิวัฒนาการ สิ่งมีชีวิตต่างๆ ได้นำสารพันธุกรรมอย่างใดอย่างหนึ่งมาใช้ ซึ่งสนับสนุนการดำรงอยู่ของพวกมันให้ก้าวไปข้างหน้า
อย่างไรก็ตาม เมื่อเราพยายามทำความเข้าใจที่มาของรูปแบบชีวิต จำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติมอีกมากเพื่อตอบคำถามพื้นฐานและที่เกี่ยวข้องว่าชีวิตเกิดขึ้นและแพร่กระจายอย่างไร สิ่งนี้จะต้องใช้แนวทาง "นอกกรอบ" โดยไม่ต้องอาศัยอคติใดๆ ที่นำเสนอในความคิดของเราโดยหลักคำสอนในปัจจุบันที่ตามมาในทางวิทยาศาสตร์
***
อ้างอิง:
1. Miller S., 1953. การผลิตกรดอะมิโนภายใต้สภาวะโลกดึกดำบรรพ์ที่เป็นไปได้ ศาสตร์. 15 พฤษภาคม 1953: ฉบับที่. 117 ฉบับที่ 3046 หน้า 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. ซุปพรีไบโอติก – ทบทวนการทดลองของมิลเลอร์ วิทยาศาสตร์ 02 พฤษภาคม 2003: ปีที่. 300 ฉบับที่ 5620 หน้า 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL และ Urey HC, 1959. การสังเคราะห์สารอินทรีย์บนโลกดึกดำบรรพ์ วิทยาศาสตร์ 31 ก.ค. 1959: ฉบับที่. 130 ฉบับที่ 3370 หน้า 245-251. ดอย: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. คาสติ้ง เจเอฟ ฮาวเวิร์ด มอนแทนา พ.ศ. 2006 องค์ประกอบบรรยากาศและภูมิอากาศของโลกยุคแรก Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006) เผยแพร่เมื่อ:07 กันยายน 2006 DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. การประเมินใหม่ของการสังเคราะห์สารอินทรีย์พรีไบโอติกในบรรยากาศดาวเคราะห์ที่เป็นกลาง Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008) ดอย: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. ซอค, เอเจ, เช็ก ทีอาร์. 1986. ลำดับการแทรกแซง อาร์เอ็นเอ ของเตตราฮีมีนาเป็นเอนไซม์ วิทยาศาสตร์ 31 ม.ค. 1986: เล่มที่ 231 ฉบับที่ 4737 หน้า 470-475 ดอย: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. การถอดความ Ribozyme-Catalyzed ของ Active Ribozyme วิทยาศาสตร์ 08 เม.ย. : Vol. 332 ปัญหา 6026 หน้า 209-212 (2011) ดอย: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powerer, M. , Gerland, B. & Sutherland, J. , 2009. การสังเคราะห์ไรโบนิวคลีโอไทด์ของไพริมิดีนที่กระตุ้นในสภาวะที่เป็นไปได้ทางพรีไบโอติก ธรรมชาติ 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. การก่อตัวของนิวคลีโอเบสในบรรยากาศลด Miller–Urey กพพ. 25 เมษายน 2017 114 (17) 4306-4311; เผยแพร่ครั้งแรก 10 เมษายน 2017 DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. และคณะ 2020 การสร้างพรีไบโอติกแบบคัดเลือกของ RNA pyrimidine และ ดีเอ็นเอ พิวรีนนิวคลีโอไซด์ ธรรมชาติ 582, 60–66 (2020) เผยแพร่เมื่อ: 03 มิถุนายน 2020. ดอย: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
