'Beberapa persoalan tentang asal usul kehidupan telah dijawab, tetapi masih banyak yang perlu dikaji'' kata Stanley Miller dan Harold Urey pada tahun 1959 selepas melaporkan sintesis makmal asid amino dalam keadaan bumi primitif. Banyak kemajuan di kemudian hari namun para saintis telah lama bergelut dengan persoalan asas - bahan genetik manakah yang mula-mula terbentuk di bumi primitif, DNA or RNA, atau sedikit kedua-duanya? Terdapat bukti sekarang untuk mencadangkan itu DNA and RNA kedua-duanya mungkin wujud bersama dalam sup primordial dari mana bentuk kehidupan mungkin telah berkembang dengan bahan genetik masing-masing.
Dogma pusat biologi molekul menyatakan bahawa DNA membuat RNA membuat protein. Protein bertanggungjawab untuk majoriti, jika tidak semua tindak balas yang berlaku dalam organisma. Keseluruhan fungsi organisma bergantung kepada kehadiran dan interaksi mereka protein soya molekul. Menurut dogma pusat, protein dihasilkan oleh maklumat yang terkandung dalam DNA yang ditukar kepada berfungsi protein soya melalui utusan yang dipanggil RNA. Namun, berkemungkinan begitu protein diri mereka boleh hidup berdikari tanpa sebarang DNA or RNA, seperti yang berlaku dengan prion (salah lipat protein soya molekul yang tidak mengandungi DNA or RNA), tetapi boleh bertahan sendiri.
Oleh itu, terdapat tiga senario untuk asal usul kehidupan.
A) Jika protein atau blok bangunannya dapat membentuk secara abiotik semasa atmosfera yang wujud berbilion tahun dahulu dalam sup primordial, protein boleh diistilahkan sebagai asas kepada asal usul kehidupan. Bukti eksperimen yang memihak kepadanya berasal dari eksperimen terkenal oleh Stanley Miller1, 2, yang menunjukkan bahawa apabila campuran metana, ammonia, air dan hidrogen dicampur bersama dan diedarkan melepasi nyahcas elektrik, campuran asid amino terbentuk. Ini sekali lagi disokong tujuh tahun kemudian3 pada tahun 1959 oleh Stanley Miller dan Harold Urey menyatakan bahawa kehadiran atmosfera pengurangan di bumi primordial menimbulkan sintesis organik sebatian dengan kehadiran gas yang dinyatakan di atas ditambah dengan jumlah karbon monoksida dan karbon dioksida yang lebih kecil. Perkaitan eksperimen Miller-Urey telah dipersoalkan oleh persaudaraan saintifik selama beberapa tahun, yang berpendapat bahawa campuran gas yang digunakan dalam penyelidikan mereka terlalu berkurangan berkenaan dengan keadaan yang wujud di Bumi purba. Beberapa teori menunjuk ke arah atmosfera neutral yang mengandungi lebihan CO2 dengan N2 dan wap air4. Walau bagaimanapun, suasana neutral juga telah dikenal pasti sebagai persekitaran yang munasabah untuk sintesis asid amino5. Di samping itu, untuk protein untuk bertindak sebagai asal usul kehidupan, mereka perlu mereplikasi diri yang membawa kepada gabungan yang berbeza protein untuk menampung tindak balas yang berbeza yang berlaku dalam organisma.
B) Jika sup primordial menyediakan syarat untuk blok bangunan DNA dan / atau RNA untuk dibentuk, maka salah satu daripada ini boleh menjadi bahan genetik. Penyelidikan sehingga kini disukai RNA menjadi bahan genetik untuk asal usul bentuk kehidupan kerana keupayaannya untuk melipat pada dirinya sendiri, wujud sebagai untaian tunggal dan bertindak sebagai enzim6, mampu membuat lebih banyak lagi RNA molekul. Sejumlah enzim RNA yang mereplikasi sendiri7 telah ditemui selama bertahun-tahun mencadangkan RNA menjadi bahan genetik permulaan. Ini diperkukuhkan lagi dengan penyelidikan yang dilakukan oleh kumpulan John Sutherland yang membawa kepada pembentukan dua asas RNA dalam persekitaran yang serupa dengan sup primordial dengan memasukkan fosfat dalam campuran.8. Pembentukan blok binaan RNA juga telah ditunjukkan dengan mensimulasikan suasana pengurangan (mengandungi ammonia, karbon monoksida dan air), sama seperti yang digunakan dalam eksperimen Miller-Urey dan kemudian menghantar nyahcas elektrik dan laser berkuasa tinggi melaluinya9. Jika RNA dipercayai sebagai pencetus, maka bila dan bagaimana DNA dan protein wujud? Adakah DNA berkembang sebagai bahan genetik kemudian kerana sifat RNA dan protein yang tidak stabil diikuti. Jawapan kepada semua soalan ini masih belum dijawab.
C) Senario ketiga bahawa DNA dan RNA boleh wujud bersama dalam sup primordial yang membawa kepada asal usul kehidupan datang daripada kajian yang diterbitkan pada 3rd Jun 2020 oleh kumpulan John Sutherland dari Makmal MRC di Cambridge, UK. Para penyelidik mensimulasikan keadaan yang wujud di Bumi purba berbilion tahun yang lalu, dengan kolam cetek di makmal. Mereka mula-mula melarutkan bahan kimia yang terbentuk RNA di dalam air, diikuti dengan mengeringkan dan memanaskannya dan kemudian menundukkannya kepada sinaran UV yang mensimulasikan sinaran matahari yang wujud pada zaman purba. Ini bukan sahaja membawa kepada sintesis dua blok bangunan RNA tetapi juga dari DNA, menunjukkan bahawa kedua-dua asid nukleik wujud bersama pada masa asal usul kehidupan10.
Berdasarkan pengetahuan kontemporari yang ada hari ini dan menghormati dogma utama biologi molekul, nampaknya munasabah bahawa DNA dan RNA wujud bersama yang membawa kepada asal usul kehidupan dan pembentukan protein datang/berlaku kemudian.
Walau bagaimanapun, penulis ingin membuat spekulasi satu lagi senario di mana ketiga-tiga makromolekul biologi yang penting, iaitu. DNA, RNA dan protein wujud bersama dalam sup primordial. Keadaan kucar-kacir yang wujud dalam sup primordial yang melibatkan sifat kimia permukaan bumi, letusan gunung berapi dan kehadiran gas seperti ammonia, metana, karbon monoksida, karbon dioksida bersama-sama dengan air mungkin sesuai untuk semua makromolekul terbentuk. Petunjuk tentang ini telah disediakan oleh penyelidikan yang dilakukan oleh Ferus et al., di mana nukleobes terbentuk dalam suasana pengurangan yang sama9 digunakan dalam eksperimen Miller-Urey. Jika kita ingin mempercayai hipotesis ini, maka semasa evolusi, organisma yang berbeza menerima pakai satu atau bahan genetik lain, yang memihak kepada kewujudan mereka bergerak ke hadapan.
Walau bagaimanapun, semasa kita cuba memahami asal usul bentuk kehidupan, banyak kajian lanjut diperlukan untuk menjawab soalan asas dan berkaitan tentang bagaimana kehidupan berasal dan disebarkan. Ini memerlukan pendekatan "luar kotak" tanpa bergantung pada sebarang prasangka yang diperkenalkan dalam pemikiran kita oleh dogma semasa yang diikuti dalam sains.
***
Rujukan:
1. Miller S., 1953. Penghasilan Asid Amino di bawah Keadaan Bumi Primitif Kemungkinan. Sains. 15 Mei 1953: Jld. 117, Isu 3046, hlm. 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Sup Prebiotik–Meninjau Semula Eksperimen Miller. Sains 02 Mei 2003: Jld. 300, Isu 5620, hlm. 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL dan Urey HC, 1959. Sintesis Sebatian Organik di Bumi Primitif. Sains 31 Jul 1959: Jld. 130, Isu 3370, ms 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Komposisi atmosfera dan iklim di Bumi awal. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Diterbitkan: 07 September 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Penilaian semula sintesis organik prebiotik dalam atmosfera planet neutral. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Urutan campur tangan RNA daripada Tetrahymena ialah enzim. Sains 31 Jan 1986: Jld. 231, Isu 4737, ms 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Transkripsi Ribozyme-Catalyzed Ribozyme Aktif. Sains 08 Apr: Jld. 332, Isu 6026, ms 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Sintesis ribonukleotida pirimidin yang diaktifkan dalam keadaan yang munasabah secara prebiotik. Alam 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Pembentukan nukleobes dalam suasana pengurangan Miller–Urey. PNAS 25 April 2017 114 (17) 4306-4311; pertama kali diterbitkan pada 10 April 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Pembentukan prebiotik terpilih RNA pirimidin dan DNA nukleosida purin. Alam 582, 60–66 (2020). Diterbitkan: 03 Jun 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
