'Maswali kadhaa kuhusu asili ya uhai yamejibiwa, lakini mengi yanasalia kuchunguzwa'' walisema Stanley Miller na Harold Urey huko nyuma mwaka wa 1959 baada ya kuripoti usanisi wa kimaabara wa asidi ya amino katika hali ya dunia ya awali. Maendeleo mengi chini ya mstari bado wanasayansi kwa muda mrefu wamekuwa wakikabiliana na swali la msingi - ni nyenzo gani ya kijeni iliundwa kwanza kwenye dunia ya zamani, DNA or RNA, au kidogo kati ya zote mbili? Kuna ushahidi sasa kupendekeza hivyo DNA na RNA zote mbili zinaweza kuwa zilikuwepo katika supu ya awali kutoka ambapo aina za uhai zinaweza kuwa zilitokana na nyenzo husika za kijeni.
Fundisho kuu la biolojia ya molekuli linasema hivyo DNA hufanya RNA hufanya protini. Protini wanawajibika kwa wengi, ikiwa sio athari zote zinazotokea katika kiumbe. Utendaji mzima wa kiumbe hutegemea sana uwepo wao na mwingiliano wa protini molekuli. Kulingana na itikadi kuu, protini hutolewa na habari iliyomo ndani DNA ambayo inabadilishwa kuwa kazi protini kupitia mjumbe anayeitwa RNA. Hata hivyo, inawezekana kwamba protini wenyewe wanaweza kuishi kwa kujitegemea bila yoyote DNA or RNA, kama ilivyo kwa prions (iliyowekwa vibaya protini molekuli ambazo hazina DNA or RNA), lakini wanaweza kuishi peke yao.
Kwa hivyo, kunaweza kuwa na hali tatu za asili ya maisha.
A) Ikiwa protini au vizuizi vyake vya ujenzi viliweza kuunda kibiolojia wakati wa angahewa ambayo ilikuwepo mabilioni ya miaka iliyopita katika supu ya awali, protini inaweza kuitwa kama msingi wa asili ya maisha. Ushahidi wa majaribio kwa niaba yake unatoka kwa jaribio maarufu la Stanley Miller1, 2, ambayo ilionyesha kwamba wakati mchanganyiko wa methane, amonia, maji na hidrojeni huchanganywa pamoja na kuzunguka kabla ya kutokwa kwa umeme, mchanganyiko wa amino asidi huundwa. Hii ilithibitishwa tena miaka saba baadaye3 mwaka 1959 na Stanley Miller na Harold Urey wakisema kuwa kuwepo kwa kupunguza angahewa katika ardhi ya awali kulisababisha kuanzishwa kwa kikaboni misombo mbele ya gesi zilizotajwa hapo juu pamoja na kiasi kidogo cha monoksidi kaboni na dioksidi kaboni. Umuhimu wa majaribio ya Miller-Urey ulitiliwa shaka na udugu wa kisayansi kwa miaka kadhaa, ambao walidhani kwamba mchanganyiko wa gesi uliotumiwa katika utafiti wao ulikuwa mdogo sana kwa heshima na hali ambayo ilikuwepo kwenye Dunia ya zamani. Nadharia kadhaa zilielekeza kwenye angahewa isiyo na upande iliyo na ziada ya CO2 na N2 na mvuke wa maji4. Hata hivyo, hali ya kutoegemea upande wowote pia imetambuliwa kuwa mazingira yanayokubalika kwa usanisi wa asidi ya amino5. Kwa kuongeza, kwa protini kutenda kama asili ya maisha, wanahitaji kujinakilisha na kusababisha mchanganyiko wa tofauti protini kuhudumia athari tofauti zinazotokea katika kiumbe.
B) Kama supu primordial ilitoa masharti kwa ajili ya ujenzi wa vitalu DNA na / au RNA kutengenezwa, basi mojawapo ya haya yangeweza kuwa nyenzo za urithi. Utafiti hadi sasa ulipendelea RNA kuwa nyenzo ya kijenetiki ya asili ya maumbo ya uhai kutokana na uwezo wao wa kujikunja yenyewe, kuwepo kama uzi mmoja na kufanya kazi kama kimeng'enya.6, yenye uwezo wa kutengeneza zaidi RNA molekuli. Idadi ya vimeng'enya vya RNA vinavyojinakili7 zimegunduliwa kwa miaka ikipendekeza RNA kuwa nyenzo ya urithi ya kuanzia. Hii iliimarishwa zaidi na utafiti uliofanywa na kikundi cha John Sutherland ambao ulisababisha kuundwa kwa besi mbili za RNA katika mazingira sawa na supu ya awali kwa kujumuisha phosphate katika mchanganyiko.8. Uundaji wa vizuizi vya ujenzi vya RNA pia umeonyeshwa kwa kuiga angahewa ya kupunguza (iliyo na amonia, monoksidi kaboni na maji), sawa na ile iliyotumiwa katika majaribio ya Miller-Urey na kupitisha utokaji wa umeme na leza zenye nguvu nyingi kupitia kwao.9. Ikiwa RNA itaaminika kuwa mwanzilishi, basi ni lini na jinsi gani DNA na protini zinatokea? Je! DNA hukua kama nyenzo ya kijenetiki baadaye kwa sababu ya asili isiyo thabiti ya RNA na protini zilifuata nyayo. Majibu ya maswali haya yote bado hayajajibiwa.
C) Hali ya tatu kwamba DNA na RNA zinaweza kuwepo pamoja katika supu ya awali ambayo ilisababisha asili ya uhai ilitokana na tafiti zilizochapishwa mnamo 3.rd Juni 2020 na kikundi cha John Sutherland kutoka Maabara ya MRC huko Cambridge, Uingereza. Watafiti waliiga hali ambayo ilikuwepo kwenye Dunia ya awali mabilioni ya miaka iliyopita, na mabwawa ya kina katika maabara. Wao kwanza kufutwa kemikali kwamba fomu RNA ndani ya maji, ikifuatwa na kuzikausha na kuzipasha moto na kisha kuziweka chini ya mionzi ya UV ambayo iliiga miale ya jua iliyopo katika nyakati za awali. Hii sio tu ilisababisha usanisi wa vitalu viwili vya ujenzi wa RNA lakini pia ya DNA, ikidokeza kwamba asidi za nukleiki zilikuwepo wakati wa asili ya uhai10.
Kulingana na ujuzi wa kisasa uliopo leo na kuheshimu fundisho kuu la biolojia ya molekuli, inaonekana kuwa sawa kwamba DNA na RNA zilikuwepo ambazo zilisababisha asili ya maisha na uundaji wa protini zilikuja/zilizotokea baadaye.
Walakini, mwandishi anapenda kukisia hali nyingine ambapo macromolecules zote tatu muhimu za kibaolojia, yaani. DNA, RNA na protini zilikuwepo pamoja kwenye supu ya awali. Hali ya fujo iliyokuwepo katika supu ya awali inayohusisha asili ya kemikali ya uso wa dunia, milipuko ya volkeno na uwepo wa gesi kama vile amonia, methane, monoksidi kaboni, dioksidi kaboni pamoja na maji inaweza kuwa bora kwa macromolecules zote kuundwa. Dokezo la hili limetolewa na utafiti uliofanywa na Ferus et al., ambapo nucleobases ziliundwa katika angahewa sawa ya kupunguza.9 kutumika katika majaribio ya Miller-Urey. Ikiwa tutaamini nadharia hii, basi wakati wa mageuzi, viumbe tofauti vilipitisha nyenzo moja au nyingine ya maumbile, ambayo ilipendelea kuwepo kwao kusonga mbele.
Hata hivyo, tunapojaribu kuelewa asili ya viumbe, utafiti zaidi unahitajika ili kujibu maswali ya msingi na yanayofaa kuhusu jinsi uhai ulivyotokea na kuenezwa. Hili lingehitaji mkabala wa "nje ya kisanduku" bila kutegemea ubaguzi wowote unaoletwa katika fikra zetu na itikadi za sasa zinazofuatwa katika sayansi.
***
Marejeo:
1. Miller S., 1953. Uzalishaji wa Asidi za Amino chini ya Masharti Yanayowezekana ya Primitive Earth. Sayansi. 15 Mei 1953: Vol. 117, Toleo la 3046, ukurasa wa 528-529 DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528
2. Bada JL, Lazcano A. et al 2003. Supu ya Prebiotic–Kupitia Majaribio ya Miller. Sayansi 02 Mei 2003: Vol. 300, Toleo la 5620, ukurasa wa 745-746 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145
3. Miller SL na Urey HC, 1959. Mchanganyiko wa Mchanganyiko wa Kikaboni kwenye Dunia ya Mwanzo. Sayansi 31 Jul 1959: Juz. 130, Toleo la 3370, ukurasa wa 245-251. DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245
4. Kasting JF, Howard MT. 2006. Muundo wa anga na hali ya hewa kwenye Dunia ya mapema. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741 (2006). Iliyochapishwa:07 Septemba 2006. DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902
5. Cleaves HJ, Chalmers JH, et al 2008. Tathmini upya ya usanisi wa kikaboni wa prebiotic katika angahewa za sayari zisizo na upande. Orig Life Evol Biosph 38:105–115 (2008). DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3
6. Zaug, AJ, Cech TR. 1986. Mlolongo wa kuingilia kati RNA Tetrahymena ni kimeng'enya. Sayansi 31 Jan 1986: Vol. 231, Toleo la 4737, ukurasa wa 470-475 DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911
7. Wochner A, Attwater J, et al 2011. Unukuzi wa Ribozime-Catalyzed wa Ribozimu Inayotumika. Sayansi 08 Apr: Vol. 332, Toleo la 6026, ukurasa wa 209-212 (2011). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752
8. Powner, M., Gerland, B. & Sutherland, J., 2009. Mchanganyiko wa ribonucleotides ya pyrimidine iliyoamilishwa katika hali ya awali inayowezekana. Asili 459, 239–242 (2009). https://doi.org/10.1038/nature08013
9. Ferus M, Pietrucci F, et al 2017. Uundaji wa nucleobases katika anga ya kupunguza Miller-Urey. PNAS Aprili 25, 2017 114 (17) 4306-4311; ilichapishwa kwa mara ya kwanza Aprili 10, 2017. DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114
10. Xu, J., Chmela, V., Green, N. et al. 2020 Uundaji wa kuchagua wa prebiotic wa RNA pyrimidine na DNA Nucleosides ya purine. Nature 582, 60–66 (2020). Iliyochapishwa: 03 Juni 2020. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9
***
