생명의 기원 : 진화론이 생명보다 먼저 시작 되었는가?

뮌헨 대학의 과학자들의 연구에 따르면 소단위 구성과 같은 고분자 분자의 근본적인 특성은 프리 바이오 틱 환경에서 선택 과정을 촉발하기에 충분합니다.

지구상에 생명체가 나타나기 전에 지구상의 많은 물리적, 화학적 과정은 극도로 혼란 스러웠습니다. 소단위 (예 : DNA와 RNA에서 발견되는 염기)로 구성된 다양한 길이의 많은 작은 화합물과 중합체가 모든 가능한 조합에 존재했습니다.

실제와 같은 화학 공정이 발생하기 전에 이러한 시스템의 혼돈 수준을 줄여야했습니다. 새로운 연구에서 Dieter Brown이 이끄는 LMU 물리학은 단순한 폴리머의 기본 특성과 프리 바이오 틱 환경의 특정 측면이 장애를 줄이는 선택 과정으로 이어질 수 있음을 보여주었습니다.

이전 간행물에서 Brown의 연구팀은 해저에있는 다공성 화산암 내의 좁은 물로 채워진 방에서 공간 질서가 어떻게 진화 할 수 있는지 탐구했습니다.

이 연구는 온도 차이와 Soret 효과로 알려진 대류 현상이있을 때 RNA 가닥이 길이에 따라 몇 배 정도 국지적으로 축적 될 수 있음을 보여주었습니다. “문제는 우리가 얻는 더 긴 분자의 염기 서열이 완전히 혼란 스럽다는 것입니다.”라고 Brown은 말합니다.

진화 된 리보 자임 (RNA 기반 효소)은 분자가 특정 모양으로 접힐 수있는 매우 특정한 염기 서열을 가지고있는 반면, 초기 지구에서 형성된 대다수의 올리고머는 무작위 서열을 가지고있을 가능성이 높습니다.

새로운 보고서의 첫 번째 저자 인 Patrick Koudella는“ '시퀀스 공간'으로 알려진 가능한 염기 서열의 총 수는 엄청나게 큽니다.

"이는 기능성 리보 자임이나 유사한 분자의 특징 인 복잡한 구조를 순전히 무작위적인 과정으로 조립하는 것을 거의 불가능하게 만듭니다." 이로 인해 LMU 팀은 더 큰 "올리고머"를 형성하기위한 분자의 확장이 일종의 사전 선택 메커니즘의 영향을받는 것으로 의심했습니다.

생애 초기에는 복잡한 세포 복제 메커니즘에 비해 매우 단순한 물리적 및 화학적 과정이 거의 없었기 때문에 서열 선택은 환경과 올리고머의 특성을 기반으로해야합니다.

이것이 Brown의 그룹에 대한 연구가 들어오는 곳입니다. 올리고머가 DNA의 잘 알려진 나선형 구조와 유사한 이중 가닥을 형성하는 것은 올리고머의 촉매 기능과 안정성에 중요합니다. 이것은 많은 폴리머의 기본 속성이며 두 가닥 및 단일 가닥 부분으로 복합물을 만들 수 있습니다. 단일 가닥 부품은 두 가지 방법으로 수리 할 수 ​​있습니다.

첫째, 소위 중합에 의해 가닥이 단일 염기로 종결되어 완전한 이중 가닥을 형성합니다. 다른 하나는 붕대로 알려진 것입니다. 이 과정에서 더 긴 올리고머가 서로 연결됩니다. 여기에서 이중 가닥 및 단일 가닥 부분이 모두 형성되어 올리고머의 추가 성장을 제공합니다.

“우리의 실험은 많은 수의 짧은 DNA 가닥으로 시작되며 초기 올리고머를위한 모델 시스템에서는 두 개의 보완 염기 인 아데닌과 티민 만 사용합니다.”라고 Dieter Braun은 말합니다. "우리는 무작위 염기 서열로 가닥을 연결하면 더 적은 무작위 염기 서열을 가진 더 긴 가닥이된다고 가정합니다."

그런 다음 Brown의 팀은 인간 게놈 분석에도 사용되는 방법을 사용하여 이러한 실험에서 얻은 시퀀스 혼합물을 분석했습니다. 이 테스트는 시퀀스의 엔트로피, 즉 재구성 된 시퀀스의 무질서 또는 무작위성의 정도가 이러한 실험에서 실제로 감소되었음을 확인했습니다.

연구원들은 또한이“자체 생성”질서의 이유를 확인할 수있었습니다. 그들은 얻은 대부분의 염기 서열이 아데닌 70 %와 티민 30 %, 또는 그 반대의 두 종류로 나뉘어져 있음을 발견했습니다.

“두 염기 중 하나의 비율이 훨씬 더 높기 때문에 실은 자체적으로 접힐 수 없으며 결찰을위한 반응 파트너로 남아 있습니다.”라고 Brown은 설명합니다. 따라서 반응은 실제로 두 염기 각각의 절반으로 가닥을 형성하지 않습니다. “우리는 또한 짧은 DNA 풀의 구성에서 작은 왜곡이 특히 긴 제품 가닥에서 뚜렷한 위치 의존적 동기 패턴을 남깁니다.”라고 Brown은 말합니다.

그 결과 연구자들은 특정 염기 비율을 가진 두 개의 다른 염기로 이루어진 가닥이 서로 구별되는 방식이 제한되어 있기 때문에 놀랐습니다. 과학자들은“특수한 알고리즘 만이 이러한 놀라운 세부 사항을 감지 할 수 있습니다.

실험은 올리고머와 그 환경의 가장 단순하고 가장 기본적인 특성이 선택적 공정의 기초가 될 수 있음을 보여줍니다. 단순화 된 모델 시스템에서도 다양한 길이 스케일에서 필라멘트의 성장에 영향을 미치고 다양한 요인 조합의 결과 인 다양한 선택 메커니즘이 작용할 수 있습니다.

Dieter Braun에 따르면 이러한 선택 메커니즘은 리보 자임과 같은 촉매 활성 복합체의 형성을위한 전제 조건이었으며, 따라서 혼돈에서 생명의 출현에 중요한 역할을했습니다.