معلومة

كيف ظهر أول كائن يتكاثر ذاتيًا؟

كيف ظهر أول كائن يتكاثر ذاتيًا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عندما يحاول الناس شرح التطور ، فإنهم يخبرونني أن التطور هو نتيجة تراكمية للطفرات والقسم الطبيعي للأفراد الأكثر تفوقًا من نوع معين. أعتقد أنني مقتنع تمامًا بهذا التفسير.

لكن عندما أفكر في الأمر ، كلهم ​​يفترضون أنه كان هناك كائن حي ، مهما كان بسيطًا ، كان قادرًا على التكاثر الذاتي وأحيانًا التحور. كيف نشأ مثل هذا الكائن الحي؟ يمكن لأي شخص أن يشرح هذا؟

الجواب الذي وجدته على Reddit لم يقنعني حقًا.


التطور أو (كما أسماه داروين) "النسب مع التعديل" هي نظرية تشرح أصل الأنواع وليس أصل الحياة. كيف نشأت الحياة الأولى غير ذي صلة على الإطلاق لنظرية التطور. ما يفسره التطور هو كيف ولماذا لدينا مثل هذا التنوع في الحياة على الأرض تنحدر جميعها من نفس الكائن الحي.

ما تسأل عنه ليس نظرية "التطور" بل نظرية "النشوء التلقائي". على الرغم من وجود العديد من الفرضيات المثيرة للاهتمام حول كيفية حدوث النشوء (على سبيل المثال ، عالم الحمض النووي الريبي ، نظرية "التمثيل الغذائي أولاً" ، إلخ) ، فإن الحقيقة هي أننا ببساطة لا نعرف حتى الآن كيف نشأت الحياة لأول مرة. ما نعرفه هو أن الحياة نشأت منذ ما بين 3.5 و 3.9 مليار سنة. لقد مضى وقت طويل حقًا مقارنة بالكثير من الأحداث المهمة الأخرى في التاريخ الطبيعي (حتى الانفجار الكمبري حيث تطورت شُعَب الحيوانات الحديثة كان قبل نصف مليار سنة فقط) ، ولذا لا ينبغي أن يكون مفاجئًا أنها مشكلة صعبة.


لا نعرف كيف نشأت الجزيئات التي تتكاثر ذاتيًا لأول مرة (وربما لن تعرف أبدًا على الإطلاق) ولكن الأرض كبيرة ولديها 500 مليون سنة (أي النطاق الزمني للأرض البريبايوتيك) أو نحو ذلك لتجربة الكيمياء العضوية. تعد الواجهة البرية والبحرية (مثل برك المد والجزر) موقعًا جيدًا مرشحًا لأن هذه هي المناطق التي يمكن العثور فيها على تركيزات عالية من السلع العضوية.

في هذا السياق ، كان التركيز الذي كان الباحثون ينظرون فيه هو الجزيئات ذاتية التكاثر.

على سبيل المثال ، ابتكر مختبر واحد في كامبريدج بالمملكة المتحدة tC19Z.

tC19Z هو اسم إنزيم RNA الذي يعمل مثل جزيء ذاتي التكاثر. يمكنه نسخ أجزاء من الحمض النووي الريبي تقريبًا بنسبة 50٪ طالما كان طوله هو نفسه. يمكنه أيضًا عمل نسخ من إنزيمات RNA الأخرى. هذا الجزيء ليس "حيًا" بحد ذاته ، لكنه يوضح بوضوح كيف يمكن أن ينشأ تعقيد أكبر.


يعلموننا في الفيزياء أن إنتروبيا نظام معزول تتزايد دائمًا أو على الأقل ثابتة. إذن كيف يمكن أن يولد كائن حي في ظل هذه الظروف؟

ترسل الشمس الطاقة إلى الأرض ، مما يسمح بانخفاض الانتروبيا على الأرض على حساب إنتروبيا الشمس.

لكن عندما أفكر في الأمر ، كلهم ​​يفترضون أنه كان هناك كائن حي ، مهما كان بسيطًا ، كان قادرًا على التكاثر الذاتي وأحيانًا التحور. كيف نشأ مثل هذا الكائن الحي؟ يمكن لأي شخص أن يشرح هذا؟

هذا الكائن الحي الذي تتحدث عنه هو مجرد جزيء ينسخ نفسه. كيف حدث ذلك بالضبط ليس واضحًا بالنسبة لي ولكن ليس من الصعب تخيل الاحتمال. كوكب شاسع به جزيئات تتطاير في كل مكان يغمره الضوء فوق البنفسجي ، وإذا اكتسب أي جزيء في أي مكان خاصية نسخ نفسه ، فسيبدأ في النمو بشكل أسي وسريع في جميع أنحاء العالم.


هذا سؤال مثير للاهتمام للغاية وأساسي للغاية ، بالفعل ، وحتى الآن ، فشل علماء الأحياء في التوصل إلى إجابة مرضية.

نحن نعلم أن جميع الأجزاء موجودة ، ولا نعرف كيف تم ترتيبها ، أو أي منها يذهب إلى أين.

يتكون السؤال في جوهره من ثلاثة أسئلة فرعية:

  1. كيف نشأت اللبنات الأساسية للحياة؟
  2. كيف نشأت أول جزيئات ذاتية التكاثر؟
  3. كيف نشأت أغشية الخلايا؟

تأخذ الإجابة بشكل عام شكل "على الأرض البدائية ، مجموعة صغيرة من مليارات المركبات العضوية التي تتولد عندما يضرب الضوء فوق البنفسجي فوضى من ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والماء حيث يتم التقاطه في بركة المد حيث يؤدي التركيز والرغوة إلى فرصة عشوائية إنتاج جزيئات ذاتية التكاثر في الخلايا البدائية ".

هذه الإجابة ، على الرغم من كونها صحيحة تقريبًا ، فهي أيضًا غير مرضية بشكل لا يصدق ، لأن كل ما تخبرنا به هو ما علمنا إياه المنطق الاستنتاجي بالفعل ، بشكل حدسي تقريبًا.

بالمناسبة ، حقيقة أن كل هذا يحدث مع احتمال واحد إلى مليون ليس مشكلة: الأرض كبيرة ، والإطار الزمني لهذا الحدوث هو على غرار مئات الملايين من السنين: أي شيء قد يحدث مرة واحدة في كل مرة. من المحتمل أن تحدث مئات المرات في ذلك الإطار الزمني من مليون إلى واحد.

على كل حال، عندما يتعلق الأمر بالتطور ، أو نظرية التطور لداروين ، أو أي نظرية أخرى للتطور ، فإن هذا كله غير ذي صلة.

التطور هو شيء يحدث في أي نظام معقد (مفتوح) بما فيه الكفاية ، بافتراض أن لديه القدرة على التغيير على الإطلاق.

يمكن ملاحظته بسهولة في الكائنات الحية ، لأنها في المقياس الصحيح ، ومتنوعة بشكل لا يصدق ، ولكنها تحدث على جميع مقاييس الكون.

في الواقع ، أسهل طريقة لشرح كيفية نشأة الحياة هي الاستمرار في العد التنازلي عندما تصل إلى آخر سلف مشترك (لكل الحياة على الأرض) ، واقتراح نماذج لكيفية أن تكون هذه البكتيريا الأولية أبسط حتى لقد تركت مع CO₂ و N₂ و H₂O وجزيئات بسيطة أخرى.

في تلك النهاية من الطيف ، من المفهوم جيدًا أن على سبيل المثال H₂O "تتطور" من H₂ و O₂ ، لأن H₂O تتمتع بجودة تجعلها "ملائمة" أكثر من أي من مكوناتها ، الاستقرار الكيميائي.

علاوة على ذلك ، H2 "يتطور" من الهيدروجين الحر بآلية مماثلة ، والهيدروجين الحر "يتطور" من البروتونات والإلكترونات ، لأنه يمتلك خاصية محايد كهربائيًا ، وهي أيضًا خاصية مرغوبة.

بالطبع ، على مستوى البروتونات والإلكترونات ، تصبح الأشياء موحلة قليلاً ، وينهار التطور نوعًا ما كطريقة لشرح كيفية حدوث الأشياء.

يحرر: كمرجع: النماذج الحالية للتكوين الذاتي على ويكيبيديا.


بينما يشير الكثيرون إلى الحمض النووي الريبي ، أو أحد أشكاله ، باعتباره الجزيء الأول من "الحياة" ، فإن قلة قليلة من الناس يعرفون من أين أتت. يقترح البعض أنها جاءت من الفضاء الخارجي لأنه من غير المؤكد كيف يمكن أن تتطور مادة العمود الفقري للسكر والفوسفات على الأرض وأن هذه المواد ربما وجدت طريقها هنا عبر النيازك. هناك العديد من الفرضيات حول كيفية تعزيز بيئة الأرض المبكرة لخصائص هذه الجزيئات ، ولكن من الصعب التأكد مما حدث بالضبط.

في مكان ما ضمن مقال ويكيبيديا التولد الذاتي هذا هو ذكر دور فتحات أعماق البحار. سهلت فتحات أعماق البحار والتيارات المحيطة بها تفاعل تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). بعض الحمض النووي الناشئ في وقت مبكر ، ربما مع بعض الحمض النووي الريبي والنيوكليوتيدات الحرة العائمة ، كان من الممكن أن تكون قد استفادت من مثل هذه البيئة للتكرار وبالعدد الهائل (وبعض الصدفة) دخلت في علاقة تكافلية مع الجزيئات الأخرى لتشكيل الهياكل الخلوية الأولى.


إذا كنت مهتمًا بهذا السؤال ، فإنني أوصيك بشدة بإلقاء نظرة على أعمال جاك زوستاك - الحائز على جائزة نوبل في جامعة هارفارد والذي يقوم حاليًا ببعض من أفضل الأعمال في هذا المجال. يرتكز عمله على تجارب جيدة تشير إلى كيفية التولد الذاتي استطاع قد حدث.


أعتقد أنها بدأت على هذا النحو:

المرحلة الأولى:

تتفاعل المواد الكيميائية مثل Na و Cl و O₂ و O₃ و CO₂ و CO و HCN و H₂SO₄ لتشكيل جزيئات صغيرة.

المرحلة الثانية:

بعد ذلك تتفاعل تلك الجزيئات الصغيرة لتكوين جزيئات ضخمة.

المرحلة الثالثة:

كان الحمض النووي ، باعتباره الأكثر استقرارًا ، هو أول من يتكاثر. غلف هذا الغشاء في النهاية وشكل النواة

المرحلة الرابعة:

عبر التعايش الداخلي تغلف الميتوكوندريا في غشاء خارجي

المرحلة الخامسة:

تبدأ الخلية في تكوين غشاء وبروتين لجميع عضياتها. إنها الآن خلية حقيقية النواة.

هذه هي فرضية عالم الحمض النووي.

نظرًا لأن الحمض النووي يمكن أن يكون منفردًا أو مزدوجًا أو ثلاثيًا أو رباعيًا تقطعت به السبل في الكائنات الحية (سيكون ذلك ssDNA و dsDNA و tsDNA و qsDNA على التوالي) فإنه يمكن أن يفعل أكثر بكثير من مجرد رمز للبروتينات أو الرنا الريباسي أو الحمض الريبي النووي النقال.

في الحالة المنفردة التي تقطعت بهم السبل ، يمكن أن تعمل مثل إنزيم مكون ديوكسيريبوزيمات.

في الحالات الثلاثية والرباعية التي تقطعت بهم السبل ، يمكن أن يعمل مثبطًا دون الحاجة إلى بروتين أو مجموعة ميثيل أخرى.


ELI5: كيف ظهر أول كائن وحيد الخلية؟ هل نشأت كل الحياة من ذلك الكائن الحي؟

قد لا يكون المكرر الأول خلية كاملة. لا يلزم إلا أن يكون شيئًا قادرًا على تكرار نفسه. تحرير: نحن لا نعرف كيف بدأت. (بعد).

يُعتقد عمومًا أن جميع أشكال الحياة على الأرض نشأت من أول كائن حي على الأرض ، نعم. هناك بعض الجدل حول احتمال أن تكون النسخ المتماثلة الأولى قد تطورت في مكان ما بجانب الأرض وانتشرت هنا (عن طريق النيازك أو بعضها). هذا في الغالب مصدر قلق فقط إذا أردنا معرفة ما إذا كانت أي كائنات فضائية افتراضية على كواكب أخرى تنحدر من بعض النسخ الأصلية ، أو إذا ظهرت الحياة بشكل مستقل على كواكب متعددة ، أو ماذا. لكن يُعتقد أن الحياة على الأرض قد انحدرت جميعها من أي خلية (خلايا) أولى على الأرض.

الكربون ذرة شائعة جدًا على الأرض ، وله قدرة مذهلة على الارتباط بالذرات الأخرى ، مكونًا جزيئات معقدة للغاية. تمكن هذه القدرة من الكربون جميع أشكال الحياة المعروفة ، ولهذا السبب يطلق علينا اسم & quot؛ أشكال الحياة القائمة على مثل الكربون & quot.

في الغلاف الجوي للأرض المبكرة ، تشكلت جزيئات تسمى المونومرات ، والتي لها القدرة على الارتباط بجزيئات أخرى ، وتشكيل مركبات عضوية. تجمعت هذه المونومرات على سطح المحيط وتم سحبها إلى الشاطئ بواسطة الأمواج ، حيث كانت تتركز بشكل كبير في رغوة البحر.

هل لاحظت يومًا الرغوة السيئة على الشاطئ ، التي دفعتها الأمواج أكثر فأكثر على الرمال؟ السبب في أنها & # x27s سيئة للغاية لأن الأمواج تجبر مجموعة من الفضلات في المحيط حيث يتم صيدها على الرمال. في بدايات الأرض ، كان هذا الفضلات في الأساس المونومرات من الغلاف الجوي وتجمعوا جميعًا في هذه الرغوة.

مع هذا التركيز العالي ، تم تشكيل العديد من الجزيئات العضوية وربطها مع جميع أنواع الأشياء القريبة منها. في النهاية ، نشأت الحياة بمحض الصدفة من هذا الحساء من الجزيئات العضوية.

نحن لا نعلم. لا توجد نظرية لتفسيرها. هناك فرضيات مختلفة حول هذا الموضوع ولكن لم يتم اعتبار أي منها راسخًا ولديها الكثير من الثغرات.

من المعتقد بشدة أن كل أشكال الحياة على الأرض نشأت من سلف مشترك. لسبب واحد ، هناك العديد من أوجه التشابه بين الخلايا والحمض النووي والحمض النووي الريبي والبروتينات لجميع أنواع الكائنات الحية المختلفة. على وجه الخصوص ، يعد رمز تحويل معلومات الحمض النووي الريبي إلى بروتينات معقدًا للغاية ومتطابقًا تقريبًا بين جميع أشكال الحياة المعروفة ، لذا فمن المحتمل أنه لم يكن قد نشأ بهذه الطريقة بالضبط بشكل مستقل عدة مرات - ربما حدث مرة واحدة ثم تطورت إلى حياة مختلفة أشكال من هناك. يعتقد العلماء أن البكتيريا تطورت أولاً ، ثم أول خلية بسيطة غير بكتيرية مثل الأميبات والطحالب ، وبعد ذلك بكثير فقط الحيوانات والنباتات متعددة الخلايا. تشكل بعض الكائنات أحادية الخلية مستعمرات كبيرة من نفس شكل الحياة. النظرية الخاصة بكيفية تطور الحياة متعددة الخلايا من الحياة أحادية الخلية هي أنه بمرور الوقت أصبحت أجزاء مختلفة من مستعمرة من كائنات أحادية الخلية متخصصة لأداء وظائف مختلفة للمستعمرة ، وفي النهاية تتكاثر بهذه الطريقة كأداء وظيفة واحدة للمستعمرة بأكملها بدلاً من ذلك. من كونها شكل حياة مستقل.

كيف نشأت الحياة هو سؤال أكثر صعوبة ، وعلماء الأحياء لا يزالون & # x27t متأكدين. أظهرت تجربة Miller-Urey أن البرق والمعادن التي كان يعتقد أنها كانت شائعة في المحيطات في بدايات الأرض يمكن أن تكون قد أنتجت جزيئات عضوية أساسية مثل السكريات والأحماض الأمينية والبروتينات. السؤال هو كيف تنتقل من ذلك إلى خلية ذاتية التكاثر. إذا كنت تعتقد أن ظهور الحياة على الأرض استغرق مئات الملايين من السنين ، فقد اجتمع عدد كافٍ من هذه الجزيئات في وقت ما لتشكيل شيء مثل RNA ، ثم أنتجت خلية يمكنها إنتاج البروتينات وتكرار RNA الخاص بها.


كيف يعمل التطور

لكي تعمل مبادئ الطفرات والاختيار الطبيعي في نظرية التطور ، يجب أن تكون هناك كائنات حية للعمل عليها. يجب أن توجد الحياة قبل أن تبدأ في التنويع. يجب أن تأتي الحياة من مكان ما ، وتقترح نظرية التطور أنها نشأت تلقائيًا من المواد الكيميائية الخاملة لكوكب الأرض ربما قبل 4 مليارات سنة.

هل يمكن أن تنشأ الحياة بشكل عفوي؟ إذا قرأت كيف تعمل الخلايا ، يمكنك أن ترى أنه حتى الخلية البدائية مثل بكتيريا الإشريكية القولونية - وهي واحدة من أبسط أشكال الحياة الموجودة اليوم - معقدة بشكل مذهل. باتباع نموذج الإشريكية القولونية ، يجب أن تحتوي الخلية كحد أدنى على:

  • جدار خلية من نوع ما لاحتواء الخلية
  • مخطط جيني للخلية (على شكل DNA)
  • إنزيم قادر على نسخ المعلومات من المخطط الجيني لتصنيع بروتينات وإنزيمات جديدة
  • إنزيم قادر على تصنيع إنزيمات جديدة مع كل اللبنات الأساسية لتلك الإنزيمات
  • إنزيم يمكنه بناء جدران الخلايا
  • إنزيم قادر على نسخ المادة الوراثية استعدادًا لتقسيم الخلية (التكاثر)
  • إنزيم أو إنزيمات قادرة على رعاية جميع العمليات الأخرى المتمثلة في تقسيم خلية واحدة إلى خليتين لتنفيذ عملية التكاثر (على سبيل المثال ، يجب فصل النسخة الثانية من المادة الوراثية عن الأولى ، ثم يتعين على جدار الخلية القيام بذلك انقسام وختم في الخليتين الجديدتين.)
  • إنزيمات قادرة على تصنيع جزيئات الطاقة لتشغيل جميع الإنزيمات المذكورة سابقًا

من الواضح أن خلية الإشريكية القولونية نفسها هي نتاج بلايين السنين من التطور ، لذا فهي معقدة ومعقدة - أكثر تعقيدًا بكثير من الخلايا الحية الأولى. ومع ذلك ، كان على الخلايا الحية الأولى أن تمتلك:

  • جدار الخلية
  • القدرة على الحفاظ على جدار الخلية وتوسيعه (النمو)
  • القدرة على معالجة & quot food & quot (جزيئات أخرى تطفو خارج الخلية) لتوليد الطاقة
  • القدرة على تقسيم نفسها للتكاثر

خلاف ذلك ، فهي ليست خلية حقًا وليست حية حقًا. لمحاولة تخيل خلية بدائية بهذه القدرات تخلق نفسها تلقائيًا ، من المفيد التفكير في بعض الافتراضات المبسطة. على سبيل المثال:

  • ربما كان جزيء الطاقة الأصلي مختلفًا تمامًا عن الآلية الموجودة في الخلايا الحية اليوم ، وصادف أن تكون جزيئات الطاقة وفيرة وتطفو بحرية في البيئة. لذلك ، لن تضطر الخلية الأصلية إلى تصنيعها.
  • ربما كان التركيب الكيميائي للأرض مساعدًا على الإنتاج التلقائي لسلاسل البروتين ، لذلك امتلأت المحيطات بأعداد لا يمكن تصورها من السلاسل والأنزيمات العشوائية.
  • ربما كانت جدران الخلايا الأولى تشكل بشكل طبيعي كريات دهنية ، وهذه الكرات كانت عشوائياً تعلق بمجموعات مختلفة من المواد الكيميائية.
  • ربما كان المخطط الجيني الأول شيئًا آخر غير الحمض النووي.

تعمل هذه الأمثلة على تبسيط متطلبات الخلية & quotoriginal ، & quot ؛ لكنها لا تزال طريقًا طويلاً للتوليد التلقائي للحياة. ربما كانت الخلايا الحية الأولى مختلفة تمامًا عما نراه اليوم ، ولم يتخيل أحد حتى الآن كيف يمكن أن تكون. بالحديث بشكل عام ، لا يمكن أن تأتي الحياة إلا من مكانين محتملين:

  • الخلق التلقائي - خلقت العمليات الكيميائية العشوائية أول خلية حية.
  • الخلق الخارق للطبيعة - خلق الله أو أي قوة خارقة للطبيعة أول خلية حية.

ولا يهم حقًا ما إذا كانت الكائنات الفضائية أو النيازك قد جلبت أول خلية حية إلى الأرض ، لأن الكائنات الفضائية كانت ستظهر إلى الوجود إما من خلال الخلق التلقائي أو الخلق الخارق في مرحلة ما - كان لابد من إنشاء أول خلايا غريبة.

على الأرجح ، سوف تمر سنوات عديدة قبل أن يتمكن البحث من الإجابة بشكل كامل على أي من الأسئلة الثلاثة المذكورة هنا. بالنظر إلى أن الحمض النووي لم يتم اكتشافه حتى الخمسينيات من القرن الماضي ، فإن البحث عن هذا الجزيء المعقد لا يزال في مهده ، ولدينا الكثير لنتعلمه.


كيف ظهر أول كائن يتكاثر ذاتيًا؟ - مادة الاحياء

يتفق جميع علماء الأحياء تقريبًا الآن على أن الخلايا البكتيرية لا يمكن أن تتكون من مواد كيميائية غير حية في خطوة واحدة. إذا نشأت الحياة من مواد كيميائية غير حية ، فلا بد من وجود أشكال وسيطة ، "الحياة الخلوية". من بين النظريات المختلفة للحياة الخلوية ، فإن المنافس الرئيسي هو عالم الحمض النووي الريبي.

يمتلك الحمض النووي الريبي القدرة على العمل كجينات وإنزيمات. يمكن أن توفر هذه الخاصية طريقة للتغلب على مشكلة "الدجاجة والبيضة". (تتطلب الجينات إنزيمات تتطلب الإنزيمات جينات.) علاوة على ذلك ، يمكن نسخ الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي ، على عكس عملية النسخ العادية. هذه الحقائق هي أسباب لاعتبار أن عالم الحمض النووي الريبي يمكن أن يكون المسار الأصلي للخلايا. جيمس واتسون يثني بحماس على السير فرانسيس كريك لاقتراحه هذا الاحتمال (1):

كان من البصيرة لدى كريك تخمين أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يعمل كإنزيم ، لأنه لم يكن معروفًا على وجه اليقين حتى تم إثباته في الثمانينيات من قبل الباحث الحائز على جائزة نوبل توماس ر. أطلق اكتشاف إنزيمات الحمض النووي الريبي جولة من النظريات الجديدة التي لا تزال جارية. تم استخدام مصطلح "عالم الحمض النووي الريبي" لأول مرة في مقال كتبه عالم الأحياء الجزيئية بجامعة هارفارد والتر جيلبرت (3) عام 1986:

تبدأ المرحلة الأولى من التطور ، بعد ذلك ، من خلال قيام جزيئات الحمض النووي الريبي بالأنشطة التحفيزية اللازمة لتجميع نفسها من حساء النيوكليوتيدات. تتطور جزيئات الحمض النووي الريبي في أنماط ذاتية التكاثر ، باستخدام إعادة التركيب والطفرة لاستكشاف مجالات جديدة. . ثم يقومون بتطوير مجموعة كاملة من الأنشطة الأنزيمية. في المرحلة التالية ، بدأت جزيئات الحمض النووي الريبي في تصنيع البروتينات ، أولاً عن طريق تطوير جزيئات محول الحمض النووي الريبي التي يمكنها ربط الأحماض الأمينية المنشطة ثم ترتيبها وفقًا لقالب الحمض النووي الريبي باستخدام جزيئات الحمض النووي الريبي الأخرى مثل جوهر الحمض النووي الريبي للريبوسوم. هذه العملية ستصنع البروتينات الأولى ، والتي ستكون ببساطة إنزيمات أفضل من نظيراتها من الرنا. . هذه الانزيمات البروتينية. مبني من عناصر صغيرة من الهيكل.

أخيرًا ، ظهر الحمض النووي على الساحة ، وهو المالك النهائي للمعلومات المنسوخة من جزيئات الحمض النووي الريبي الجينية عن طريق النسخ العكسي. . ثم يُنزل الحمض النووي الريبي إلى الدور الوسيط الذي يشغل اليوم & # 8212 لم يعد مركزًا للمرحلة ، ويحل محله الحمض النووي وأنزيمات البروتين الأكثر فاعلية.

هناك الكثير لنتعلمه عن الحمض النووي الريبي ، والبحث مثل هذا هو كيف نتعلمه. لكن هذه الاكتشافات وغيرها من النتائج المماثلة ، التي تم التوصل إليها في تجارب منسقة للغاية والتي قد تبدأ مع الحمض النووي الريبي المنتج بيولوجيًا ، بعيدة كل البعد عن إثبات أن عالم الحمض النووي الريبي هو المسار بين غير الحياة والحياة. في الطبيعة ، بعيدًا عن المختبر المعقم ، من غير المرجح أن تتشكل خيوط الحمض النووي الريبي غير الملوثة من أي حجم في المقام الأول. ". لا يمكن تحقيق التركيب المباشر للنيوكليوتيدات من سلائف البريبايوتك ذات العائد المعقول وغير المصحوب بكميات أكبر من الجزيئات غير المرتبطة بالتفاعلات الكيميائية المعروفة حاليًا" (5).

في معهد سالك للدراسات البيولوجية ، في عام 1994 ، لاحظت ليزلي أورجل ، "نظرًا لأن تصنيع النيوكليوتيدات وتحقيق تكرار الحمض النووي الريبي في ظل ظروف ما قبل الحيوية المعقولة قد أثبت أنه يمثل تحديًا كبيرًا ، فإن الكيميائيين يفكرون بشكل متزايد في احتمال أن الحمض النووي الريبي لم يكن أول جزيء يتكاثر ذاتيًا." (9).

يبدو أن وكالة ناسا قد فقدت حماسها تجاه عالم الحمض النووي الريبي أيضًا. في التقرير النهائي الصادر بعد "ورشة علم الأحياء الفلكية" التي عقدت في الفترة من 9 إلى 11 سبتمبر 1996 في مركز أبحاث أميس بولاية كاليفورنيا ، نقرأ (10) ،

نظريات أخرى

  • لا يزال عدد قليل من العلماء يقولون إن الحمض النووي يمكن أن ينجح في بدء الحياة في طريقها (11). ولكن حتى أقصر شرائط دنا تحتاج إلى بروتينات لمساعدتها على التكاثر. هذه هي مشكلة الدجاجة والبيضة.
  • هناك مدرسة "البروتينات أولاً". على سبيل المثال ، يقول مانفريد إيجن Manfred Eigen من معهد ماكس بلانك الألماني: "ليس هناك شك في أن البروتينات ، التي يسهل تكوينها ، كانت أولًا على الساحة" (11.5). بالطبع ، يجب أن تكون هذه البروتينات الأولى أقصر بكثير من تلك المستخدمة في الحياة اليوم ، بسبب الاحتمالية المطلقة لتشكيل بروتينات طويلة مفيدة من حساء من الأحماض الأمينية.
  • يقترح الفيزيائي فريمان دايسون حل مشكلة الدجاجة والبيضة ذات الأصل المزدوج ، أحدهما للتمثيل الغذائي (البروتينات) والآخر للتكرار (خيوط النيوكليوتيدات) (12).
  • في سبعة أدلة على أصل الحياة(13) ، يقول A.G.Cairns-Smith أن بلورات الطين يمكن أن تكون بمثابة السقالات التي تم بناء أول جينوم قصير من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي. دفعت صياغة جديدة لهذه الفكرة أحد الكتاب إلى التساؤل ، "Primordial soup or cr & # 234pes؟" (14). ومؤخراً ، هناك ظل آخر على هذا المسار يؤدي إلى الزيوليت (14.5).
  • علماء الأحياء هارولد ج.
  • يحمل جيفري إل بادا من معهد سكريبس لعلوم المحيطات رأي الأقلية بأن الأرض المبكرة كانت متجمدة ويعتقد أن الحياة قبل الخلوية بدأت في "الحساء البارد" تحت الجليد (18 ، 19).
  • يقول الكيميائيون كلوديا هوبر و G & # 252nter W & # 228chtersh & # 228 المستخدم إن الحساء الذي نشأت فيه الحياة كان في الواقع حارًا جدًا ، ربما بالقرب من الفتحات البركانية تحت سطح البحر ، حيث قد يحفز الحديد وكبريتيدات النيكل بعض التفاعلات الضرورية (19.5-19.7).
  • يتساءل عالم الفلك في كورنيل توماس جولد عما إذا كانت الحياة قد نشأت في بيئة حارة أكثر عمقًا ، في قشرة الأرض (19.8).
  • يقول ستيوارت كوفمان من معهد سانتا في: "عندما تحتوي مجموعة من الجزيئات على أنواع مختلفة كافية من الجزيئات ، يتبلور التمثيل الغذائي من المرق" (20).
  • فكرة أخرى هي "عالم السلطة الوطنية الفلسطينية". نظرًا لأن بدء عالم RNA أمر صعب للغاية ، فمن المحتمل أن يكون هناك عالم ما قبل RNA. قد يكون لدى PNA ، أو الحمض النووي الببتيد ، بعض الخصائص الضرورية لتكوين هذا العالم (21). هذا سوف يكون قبلالحياة الخلوية.
  • تظهر روابط لمئات من الاقتراحات الأخرى ضمن WhatNEW أدناه.

مشكلة الوقت

إن الانتقال من بكتيريا إلى إنسان هو خطوة أقل من الانتقال من خليط من الأحماض الأمينية إلى بكتيريا. & # 8212 لين مارغوليس (21.5)

الفرضية الوحيدة التي تشترك فيها جميع نظريات الخلايا المسبقة هي أنه سيكون وقتًا طويلاً للغاية قبل أن تتطور الخلايا البكتيرية الأولى. إذا بدأت الحياة الخلوية بطريقة ما ، فيمكن عندئذٍ تصور أن تبدأ ، من خلال بعض العمليات الخلوية ، سلاسل عشوائية من النيوكليوتيدات والأحماض الأمينية ، في محاولة للحصول على جين أو بروتين له مزايا من شأنها أن تؤدي إلى حياة بكتيرية. لا يوجد دليل في الحياة اليوم على أي شيء ينتج كميات هائلة من سلاسل جديدة وعشوائية من النيوكليوتيدات أو الأحماض الأمينية ، وبعضها مفيد. ولكن إذا فعلت الحياة قبل الخلوية ذلك ، فستحتاج إلى الكثير من الوقت لتكوين أي جينات أو بروتينات مفيدة. كم من الوقت تحتاج؟ بعد وضع بعض الافتراضات المفيدة ، يمكننا الحصول على نسبة البروتينات الفعلية المفيدة لجميع البروتينات العشوائية الممكنة حتى شيء مثل واحد من 10 ^ 500 (عشرة إلى 500 قوة). لذلك ، باستثناء الحظ المذهل ، قد يستغرق الأمر ما يقرب من 10 ^ 500 تجربة للعثور على واحدة. تخيل أن كل ربع بوصة مكعبة من المحيط في العالم تحتوي على عشرة مليارات ريبوسوم قبل الخلوية. تخيل أن كل ريبوسوم ينتج بروتينات في عشر تجارب في الدقيقة (تقريبًا السرعة التي يصنعها الريبوسوم العامل في الخلية البكتيرية البروتينات). حتى مع ذلك ، قد يستغرق الأمر حوالي 10 ^ 450 عامًا لصنع بروتين واحد مفيد. لكن الأرض تشكلت فقط منذ حوالي 4.6 × 10 ^ 9 سنوات. ربما كان مقدار الوقت المتاح لعملية تكوين البروتين الافتراضية هذه بضع مئات من الملايين أو

10 ^ 8 سنوات. والآن ، لصنع خلية ، لا نحتاج إلى بروتين واحد فقط ، بل نحتاج إلى عدة مئات على الأقل.

لذا حتى لو سمحنا بالحياة الخلوية ، فهناك مشكلة في الانتقال من هناك إلى البروتينات والجينات والخلايا. لا ينجح الإنتاج العشوائي للبروتينات كتفسير. يجب تخيل مراحل وسيطة أخرى غير محددة. يمكننا أن نطلق على هذه المراحل حياة ما بعد الخلوية. بأي وسيلة ، فإن تطور الحياة خلال هذه المراحل يجب أن يكون مضيعة للوقت.

أحد المدافعين عن عالم الحمض النووي الريبي ، جيرالد جويس ، يمنح 400 مليون سنة لـ "صعود وسقوط عالم الحمض النووي الريبي" (22):

لكن باحثين آخرين يرون أدلة على وجود خلايا بدائية النواة في أول 100 مليون سنة ، وربما حتى على الفور. ". تم العثور على خلايا فعلية في أقدم الرواسب غير المشوهة على الأرض." يقول غولد إن حياة رائعة (23). يقول بادا أن البكتيريا الزرقاء ربما ظهرت بعد عشرة ملايين سنة فقط من الحياة قبل الخلوية الأولى (24). في تشرين الثاني (نوفمبر) 1996 ، أبلغ S.J Mojzsis من مؤسسة Scripps لعلوم المحيطات وآخرون عن أدلة نظيرية على أن التمثيل الغذائي الخلوي كان قيد التنفيذ قبل 3.8 مليار سنة (25). حتى قبل بحث موجسيس وآخرون.، كان فرانسيس كريك قلقًا من مشكلة الوقت. ". يشير السجل الأحفوري الحقيقي إلى أن شكلنا الحالي من الحياة القائمة على البروتين كان موجودًا بالفعل منذ 3.6 مليار سنة. وهذا يترك وقتًا قصيرًا بشكل مذهل لبدء الحياة" (26). يقول باحث آخر ، عالم الكيمياء الحيوية بجامعة ييل ، بيتر ب.مور ، هذا عن مشكلة الوقت (27):

من شيء واحد يمكننا التأكد منه: عالم RNA & # 8212 إذا كان موجودًا على الإطلاق & # 8212 كان قصير الأجل. نشأت الأرض منذ حوالي 4.5 × 10 ^ 9 سنوات ، وتشير الأدلة الأحفورية إلى أن الكائنات الخلوية التي تشبه البكتيريا الحديثة كانت موجودة قبل 3.6 × 10 ^ 9 سنوات. حتى أن هناك تلميحات إلى أن تلك الكائنات الحية المبكرة شاركت في عملية التمثيل الضوئي ، والتي من المحتمل أن تكون عملية تعتمد على البروتين في ذلك الوقت ، كما هو الحال الآن. وهكذا يبدو من المحتمل أن الكائنات الحية ذات الأيضات المعقدة القائمة على البروتين كانت موجودة فقط 0.9 × 10 ^ 9 سنوات بعد ولادة الكوكب.

كانت "نافذة الفرصة" لعالم الحمض النووي الريبي أقصر بكثير من 0.9 × 10 ^ 9 سنوات. كان سطح الأرض غير صالح للسكن في البداية بسبب الحرارة الناتجة عن القصف النيزكي وتمايزه الجيولوجي. . وبالتالي ، فإن الفترة الزمنية التي يمكن أن تهيمن فيها أشكال الحياة القائمة على الحمض النووي الريبي على المحيط الحيوي قد تكون أقل من 100 مليون سنة. بالمناسبة ، عندما يبدأ المرء في التفكير وفقًا لهذه الخطوط ، يجب على المرء أن يأخذ في الاعتبار ما لا يمكن تصوره ، أي أن طول الفترة الزمنية التي تقضيها البروتينات القائمة على الحمض النووي الريبي في الأرض قد تكون صفرًا.

ملخص

  • لا يوجد أي دليل متبقي أو أثر على الحياة قبل الخلوية في أي مكان اليوم. إن وجودها على الإطلاق هو تخميني بالكامل.
  • على الرغم من صعوبة تصور ظهوره من مادة غير حية ، إلا أن الحياة قبل الخلوية يجب أن تكون قد ظهرت على الفور تقريبًا.
  • لم يكن هناك وقت تقريبًا لتتطور الحياة الخلوية إلى أبسط الخلايا البكتيرية.
  • لم يتم أبدًا إنشاء الحياة الخلوية في المختبر.
  • على الرغم من عالم RNA ، لا يوجد إجماع على نموذج الحياة قبل الخلوية.

قلنا أن البحث في عالم RNA هو صناعة متوسطة الحجم. أظهر هذا البحث مدى صعوبة نشوء الخلايا الحية بالصدفة من مادة غير حية في الوقت المتاح على الأرض. هذا العرض هو مساهمة قيمة في العلم. البحث الإضافي سيكون ذا قيمة أيضًا. لكن الاستمرار في الإصرار على أن الحياة يمكن أن تنبثق تلقائيًا من مواد كيميائية غير حية في مواجهة الصعوبات التي تم استيعابها حديثًا أمر محير. إنه يذكرنا بالجهود الدؤوبة التي يبذلها الكيميائيون في العصور الوسطى لتحويل الرصاص إلى ذهب.

هناك تفسير علمي آخر لأصل الحياة على الأرض. إنها أن خلايا كاملة وصلت إلى هنا من الفضاء. (الحياة في المقام الأول هي قضية منفصلة ، يتم التعامل معها في مكان آخر على هذا الموقع.)

ما هو الجديد

يشير سجل الحفريات إلى وجود آلات حاسبة محمولة تحتوي على 240 كيلو بايت على الأقل من البرامج المخزنة بمجرد أن تبرد الأرض. من المحتمل أن تكون الآلات الحاسبة المحمولة قد نشأت عندما سمحت ظروف خاصة بتشكيل رقائق السيليكون ولوحات الدوائر (الجينات البدائية). أدت الحرارة ، التي ربما تكون ناتجة عن النشاط الإشعاعي أو البراكين أو تأثيرات النيازك ، إلى صهر بعض الرمال لتشكيل رقائق السيليكون. تسبب الرش العشوائي للمعدن المنصهر في تشكيل خيوط معدنية لوحة دائرة على الرقاقة. تجفف الطبقة الزيتية على البرك وتحولها إلى مادة بلاستيكية صلبة لازمة للقشرة.

قدمت البرق المصدر الأول للطاقة الكهربائية. النماذج الأولية في مياه البحر ، على مسافة مناسبة تمامًا من الضربة ، تلقت جهدًا كافيًا دون تدميرها. البطاريات (التي تسمح بالتمثيل الغذائي المستقل) جاءت لاحقًا. كانت البطاريات الأولى عبارة عن بطاريات حمضية حديدية ، تم تشكيلها في جيوب من الطين. كانت بطاريات الليثيوم تطورًا متأخرًا جدًا.


كيف ظهر أول كائن يتكاثر ذاتيًا؟ - مادة الاحياء

من أين تأتي الحياة؟

أصل الحياة أو تطور البريبايوتك يعني التوليد التلقائي للحياة في "حساء بدائي" يحتوي على جزيئات عضوية صغيرة في الماء المالح. يُعتقد عمومًا أن مثل هذه العملية ليست ممكنة (أو ناجحة) في النظم البيئية الحالية ، ما لم يتم إجراؤها في ظروف معملية خاضعة للرقابة. هذا الأخير ينتظر الدليل التجريبي. من أجل فهم التكوين التلقائي للحياة ، يجب أن يكون هناك تعريف مناسب للحياة. عادة ما يتم تحديد الحياة المستمدة من تحليل الكائنات الحية اليوم على المستوى الخلوي. في هذا التعريف ، فإن أصغر أو أبسط أشكال الحياة هي الكائنات الحية أحادية الخلية التي تشمل البكتيريا ، والعتائق (تعيش الهالوفيل والحرارة في بيئات قاسية) ، والأوليات (الكائنات الحية الدقيقة أحادية الخلية حقيقية النواة ، على سبيل المثال خميرة الخباز ، الباراميسيوم ، أو الأميبات). تشترك جميع أشكال الحياة الحديثة في الآليات الجزيئية الأساسية ، وأبرزها التخليق الحيوي للبروتين واستخدام الدنا والحمض النووي الريبي للتكاثر واستقلاب الطاقة. بناءً على هذه الملاحظات ، تحاول النظريات المتعلقة بأصل الحياة إيجاد آلية تشرح تكوين كائن حي وحيد الخلية بدائي نشأت منه جميع أشكال الحياة الحديثة. يُعتقد أن الخلية البدائية تشكل نفسها من خلال التعبئة المفيدة لوحدات التكاثر الذاتي في جزيئات الدهون (الجسيمات الشحمية أو الحويصلات التي تشبه أغشية الخلايا الحديثة). السؤال الأكثر إلحاحًا هو مدى تشابه الكائنات الحية الحديثة مع الخلية البدائية. يتم الحصول على دليل على تطور البريبايوتك من خلال محاكاة وتكرار مثل هذا الحدث الذي حدث منذ حوالي 3.5 مليار سنة. على الرغم من أن الأدلة البيوكيميائية التي تم الحصول عليها لأول مرة في الخمسينيات من القرن الماضي أظهرت التوليد التلقائي للأحماض الأمينية في نسخة طبق الأصل من "الحساء البدائي" ، يعتقد معظم علماء الأحياء الآن أن الأحماض الأمينية هي اللبنات الأساسية للبروتينات والببتيدات ، وهي أدوات أساسية اليوم في جميع أشكال الحياة ، لم تكن مهمة في هذه المرحلة المبكرة وأن البروتينات والإنزيمات سبقها بالفعل جزيئات من نوع الحمض النووي الريبي التي لا تزال تلعب دورًا أساسيًا في التمثيل الغذائي الحديث بما في ذلك استقلاب الطاقة والتحفيز الإنزيمي (مثل التخليق الحيوي للبروتين) ومعالجة وتخزين المعلومات الجينية. قد يكون الحمض النووي ، هذه الأعجوبة الجزيئية الحديثة ومخطط الحياة ، قد ظهر بالفعل بعد تطور البروتينات كأنزيمات.

على مدى السنوات القليلة الماضية ، يحتوي تحليل الصخور الموجودة في الصفائح الجليدية في أنتاركتيكا والتي نشأت من المريخ على بنى مجهرية متوافقة مع بقايا الكائنات المريخية لأن هذه الهياكل تشبه إلى حد بعيد الهياكل أو بقايا البكتيريا على الأرض. إن تفسير ما إذا كانت هذه الرواسب دليل حقيقي على الحياة (القديمة) على المريخ أمر مثير للجدل ولكنه ذو أهمية كبيرة لعلماء الأحياء. ستؤيد الحياة أحادية الخلية على المريخ ، حتى لو انقرضت اليوم ، أصل نظريات الحياة. ثبت أم لا ، فإن إمكانية إثبات مستقبلي كافية لتحفيز البحث بما في ذلك بناء النظرية على أسس مضاربة. هذه النظريات مدعومة بشكل غامض بالأدلة التجريبية (الأدلة الأحفورية في هذه الحالة) التي ستقوض الخيال وتصميم البروتوكولات التجريبية لاستكشاف تربة المريخ وغلافها الجوي. ملاحظة تحذيرية حتى لو أثبت التحليل المستقبلي وجود الحياة على المريخ ، فإنه سيترك الاحتمالات مفتوحة بأن الحياة قد تم استيرادها من الأرض أو أن الحياة على الأرض نشأت من المريخ (أو في مكان آخر). مهما كانت النتيجة ، فإن البحث الحالي لإثبات الوجود القديم للحياة على المريخ على الأقل يعطي مثالًا ممتازًا لكيفية عمل العلماء واستخلاص النتائج من الملاحظات عندما لا يمكن إعادة إنشاء الأحداث في المختبر في ظل ظروف خاضعة للرقابة كما هو الحال في دراسة تطور الحياة.


محتويات

تتمثل إحدى التحديات في دراسة التولد الذاتي في أن نظام التكاثر والتمثيل الغذائي الذي تستخدمه جميع أشكال الحياة الموجودة يتضمن ثلاثة أنواع متميزة من الجزيئات الكبيرة المترابطة (DNA ، RNA ، والبروتين). يشير هذا إلى أن الحياة لا يمكن أن تكون قد نشأت في شكلها الحالي ، مما دفع الباحثين إلى افتراض الآليات التي قد يكون من خلالها النظام الحالي قد نشأ من نظام سلائف أبسط. يمكن العثور على مفهوم الحمض النووي الريبي كجزيء بدائي [2] في أوراق فرانسيس كريك [12] وليزلي أورجيل ، [13] وكذلك في كتاب كارل ووز عام 1967 الكود الجيني. [14] في عام 1962 ، طرح عالم الأحياء الجزيئية ألكسندر ريتش نفس الفكرة في مقال ساهم به في مجلد صدر تكريمًا لعالم الفسيولوجيا الحائز على جائزة نوبل ألبرت زينت جيورجي. [15] وضع هانز كون في عام 1972 عملية محتملة قد يكون من خلالها النظام الجيني الحديث قد نشأ من سلائف تعتمد على النيوكليوتيدات ، وقد أدى ذلك بهارولد وايت في عام 1976 إلى ملاحظة أن العديد من العوامل المساعدة الضرورية للوظيفة الأنزيمية هي إما نيوكليوتيدات أو يمكن اشتقاقها من النيوكليوتيدات. اقترح سيناريو بموجبه تستلزم الكيمياء الكهربية الحاسمة للتفاعلات الأنزيمية الاحتفاظ بأجزاء النيوكليوتيدات المحددة من الإنزيمات الأصلية القائمة على الحمض النووي الريبي التي تنفذ التفاعلات ، بينما يتم استبدال العناصر الهيكلية المتبقية للإنزيمات تدريجيًا بالبروتين ، حتى كل ما تبقى من أصل الحمض النووي الريبي كانت هذه العوامل المساعدة للنيوكليوتيدات ، "حفريات إنزيمات الحمض النووي". [16] تم استخدام عبارة "عالم الحمض النووي الريبي" لأول مرة من قبل الحائز على جائزة نوبل والتر جيلبرت في عام 1986 ، في تعليق على كيفية توافق الملاحظات الحديثة للخصائص التحفيزية لأشكال مختلفة من الحمض النووي الريبي مع هذه الفرضية. [17]

تجعل خصائص RNA فكرة فرضية العالم RNA معقولة من الناحية المفاهيمية ، على الرغم من أن قبولها العام كتفسير لأصل الحياة يتطلب مزيدًا من الأدلة. [15] من المعروف أن الحمض النووي الريبي يشكل محفزات فعالة ، كما أن تشابهه مع الحمض النووي يوضح قدرته على تخزين المعلومات. تختلف الآراء ، مع ذلك ، حول ما إذا كان الحمض النووي الريبي يشكل أول نظام مستقل ذاتي النسخ أم أنه مشتق من نظام لا يزال أقدم. [2] نسخة واحدة من الفرضية هي أن نوعًا مختلفًا من الحمض النووي يسمى ما قبل الحمض النووي الريبي، كان أول من ظهر كجزيء يتكاثر ذاتيًا ، ليتم استبداله بـ RNA فقط لاحقًا. من ناحية أخرى ، يشير الاكتشاف في عام 2009 إلى إمكانية تصنيع البيريميدين الريبونوكليوتيدات المنشطة في ظل ظروف ما قبل الحيوية المعقولة [18] إلى أنه من السابق لأوانه استبعاد سيناريوهات الحمض النووي الريبي الأولى. [2] اقتراحات لـ "بسيط" ما قبل الحمض النووي الريبي اشتملت الأحماض النووية على حمض نووي ببتيد (PNA) أو حمض نووي ثريوز (TNA) أو حمض نووي جليكول (GNA). [19] [20] على الرغم من بساطتها الهيكلية وامتلاكها لخصائص مماثلة للحمض النووي الريبي ، فإن التوليد المعقول كيميائيًا للأحماض النووية "الأبسط" في ظل ظروف البريبايوتك لم يتم إثباته بعد. [21]

RNA كتحرير إنزيم

تم العثور على إنزيمات الحمض النووي الريبي ، أو الريبوزيمات ، في الحياة القائمة على الحمض النووي اليوم ويمكن أن تكون أمثلة على الحفريات الحية. تلعب الريبوزيمات أدوارًا حيوية ، مثل دور الريبوسوم. تشتمل الوحدة الفرعية الكبيرة للريبوسوم على الرنا الريباسي المسؤول عن نشاط الببتيد ترانسفيراز المكون لرابطة الببتيد لتخليق البروتين. توجد العديد من أنشطة الريبوزيم الأخرى على سبيل المثال ، يقوم ريبوزيم رأس المطرقة بإجراء الانقسام الذاتي [22] ويمكن لريبوزيم RNA polymerase تخليق خيط RNA قصير من قالب RNA معدة. [23]

من بين الخصائص الأنزيمية المهمة لبداية الحياة ما يلي:

التكاثر الذاتي القدرة على التكرار الذاتي ، أو تصنيع جزيئات RNA أخرى قصيرة نسبيًا من جزيئات RNA التي يمكنها تخليق الآخرين ، تم إنتاجها بشكل مصطنع في المختبر. كان الأقصر طولًا يبلغ 165 قاعدة ، على الرغم من أنه تم تقدير أن جزءًا فقط من الجزيء كان حاسمًا لهذه الوظيفة. نسخة واحدة ، 189 قاعدة طويلة ، كان معدل الخطأ فيها 1.1٪ فقط لكل نيوكليوتيد عند تخليق 11 نيوكليوتيد طويل من RNA من خيوط قالب معدة. [24] يمكن أن يقوم زوج الريبوزيم القاعدي هذا البالغ عدده 189 بلمرة قالب يتكون من 14 نيوكليوتيد على الأكثر في الطول ، وهو قصير جدًا بحيث لا يمكن تكاثره ذاتيًا ، ولكنه قد يكون دافعًا محتملاً لمزيد من البحث. أطول تمديد تمهيدي تم إجراؤه بواسطة بوليميراز الريبوزيم كان 20 قاعدة. [25] في عام 2016 ، أبلغ الباحثون عن استخدام التطور في المختبر لتحسين نشاط وعمومية ريبوزيم RNA polymerase عن طريق اختيار المتغيرات التي يمكنها تصنيع جزيئات RNA الوظيفية من قالب RNA. تم تصميم كل ريبوزيم RNA polymerase ليظل مرتبطًا بخيط RNA الجديد المركب ، مما سمح للفريق بعزل البوليميرات الناجحة. تم استخدام بوليميرات RNA المعزولة مرة أخرى في جولة أخرى من التطور. بعد عدة جولات من التطور ، حصلوا على ريبوزيم RNA polymerase واحد يسمى 24-3 والذي كان قادرًا على نسخ أي RNA آخر تقريبًا ، من المحفزات الصغيرة إلى الإنزيمات الطويلة القائمة على الحمض النووي الريبي. تم تضخيم الحمض النووي الريبي المعين حتى 10000 مرة ، وهو أول نسخة من الحمض النووي الريبي من تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR). [26] التحفيز: القدرة على تحفيز تفاعلات كيميائية بسيطة - والتي من شأنها تعزيز تكوين الجزيئات التي تشكل اللبنات الأساسية لجزيئات الحمض النووي الريبي (أي ، خيط من الحمض النووي الريبي الذي من شأنه أن يجعل إنشاء المزيد من خيوط الحمض النووي الريبي أسهل). تم تشكيل جزيئات RNA قصيرة نسبيًا مع هذه القدرات بشكل مصطنع في المختبر. [27] [28] أظهرت دراسة حديثة أن أي حمض نووي تقريبًا يمكن أن يتطور إلى تسلسل تحفيزي تحت الاختيار المناسب. على سبيل المثال ، تم اختيار ترميز جزيء DNA مكون من 50 نيوكليوتيد تم اختياره بشكل تعسفي لـ بوس توروس (الماشية) تعرض الألبومين mRNA لتطور أنبوب الاختبار لاشتقاق الحمض النووي المحفز (Deoxyribozyme ، ويسمى أيضًا DNAzyme) مع نشاط انشقاق الحمض النووي الريبي. بعد أسابيع قليلة فقط ، نشأ أنزيم ذو نشاط تحفيزي كبير.[29] بشكل عام ، يكون الحمض النووي خاملًا كيميائيًا أكثر بكثير من الحمض النووي الريبي ، وبالتالي فهو أكثر مقاومة للحصول على الخصائص التحفيزية. إذا نجح التطور في المختبر من أجل الحمض النووي فسيحدث بسهولة أكبر مع الحمض النووي الريبي. ربط الحمض الأميني- RNA القدرة على اقتران حمض أميني بنهاية 3'من الحمض النووي الريبي من أجل استخدام مجموعاته الكيميائية أو توفير سلسلة جانبية أليفاتية طويلة التفرعات. [30] تكوين الرابطة الببتيدية القدرة على تحفيز تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية لإنتاج ببتيدات قصيرة أو بروتينات أطول. يتم ذلك في الخلايا الحديثة بواسطة الريبوسومات ، وهو مركب من عدة جزيئات من الحمض النووي الريبي المعروف باسم الرنا الريباسي مع العديد من البروتينات. يُعتقد أن جزيئات الرنا الريباسي مسؤولة عن نشاطها الإنزيمي ، حيث لا توجد بقايا للأحماض الأمينية في حدود 18 درجة من الموقع النشط للإنزيم ، [15] وعندما تمت إزالة غالبية بقايا الأحماض الأمينية في الريبوسوم بشكل صارم ، فإن الريبوسوم الناتج احتفظ بنشاطه الكامل peptidyl transferase ، قادر تمامًا على تحفيز تكوين روابط الببتيد بين الأحماض الأمينية. [31] تم تصنيع جزيء RNA أقصر بكثير في المختبر مع القدرة على تكوين روابط الببتيد ، وقد تم اقتراح أن rRNA قد تطور من جزيء مشابه. [32] كما تم اقتراح أن الأحماض الأمينية قد تكون متورطة في البداية مع جزيئات الحمض النووي الريبي كعوامل مساعدة تعزز أو تنوع قدراتها الأنزيمية ، قبل أن تتطور إلى ببتيدات أكثر تعقيدًا. وبالمثل ، يُقترح أن يكون الحمض الريبي النووي النقال قد تطور من جزيئات الحمض النووي الريبي التي بدأت في تحفيز نقل الأحماض الأمينية. [33]

RNA في تحرير تخزين المعلومات

الحمض النووي الريبي هو جزيء مشابه جدًا للحمض النووي ، مع وجود اختلافين كيميائيين رئيسيين فقط (يستخدم العمود الفقري للحمض النووي الريبوز الريبوز بدلاً من الديوكسيريبوز ، وتشتمل قواعده النووية على اليوراسيل بدلاً من الثايمين). إن التركيب العام للـ RNA و DNA متشابهان إلى حد كبير - يمكن أن يرتبط خيط واحد من DNA وآخر من RNA لتشكيل بنية حلزونية مزدوجة. هذا يجعل تخزين المعلومات في الحمض النووي الريبي ممكنًا بطريقة مشابهة جدًا لتخزين المعلومات في الحمض النووي. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي أقل استقرارًا ، ويكون أكثر عرضة للتحلل المائي بسبب وجود مجموعة الهيدروكسيل في موضع الريبوز 2.

مقارنة بين تعديل بنية الحمض النووي والحمض النووي الريبي

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين الحمض النووي الريبي والحمض النووي في وجود مجموعة هيدروكسيل في موضع 2'من سكر الريبوز في الحمض النووي الريبي (الرسم التوضيحي ، على اليمين). [15] تجعل هذه المجموعة الجزيء أقل استقرارًا لأنه عندما لا يتم تقييده في لولب مزدوج ، يمكن للهيدروكسيل 2 'أن يهاجم كيميائيًا رابطة phosphodiester المجاورة لشق العمود الفقري phosphodiester. تدفع مجموعة الهيدروكسيل الريبوز أيضًا إلى C3'-إندو تشكيل السكر على عكس C2'-إندو تشكيل سكر الديوكسيريبوز في الحمض النووي. يؤدي هذا إلى إجبار الحلزون المزدوج للحمض النووي الريبي على التغيير من بنية B-DNA إلى بنية أكثر شبهاً بـ A-DNA.

يستخدم الحمض النووي الريبي أيضًا مجموعة مختلفة من القواعد عن الحمض النووي - الأدينين والجوانين والسيتوزين واليوراسيل ، بدلاً من الأدينين والجوانين والسيتوزين والثايمين. كيميائيًا ، يشبه اليوراسيل الثايمين ، ويختلف فقط في مجموعة الميثيل ، ويتطلب إنتاجه طاقة أقل. [34] من حيث الاقتران الأساسي ، هذا ليس له أي تأثير. الأدينين يربط بسهولة اليوراسيل أو الثايمين. ومع ذلك ، فإن اليوراسيل هو أحد منتجات تلف السيتوزين الذي يجعل الحمض النووي الريبي عرضة بشكل خاص للطفرات التي يمكن أن تحل محل GC زوج أساسي مع أ GU (تمايل) أو AU قاعدة الزوج.

يُعتقد أن الحمض النووي الريبي قد سبق الحمض النووي ، بسبب ترتيبها في مسارات التخليق الحيوي. تتكون الديوكسي ريبونوكليوتيدات المستخدمة في صنع الحمض النووي من الريبونوكليوتيدات ، وهي اللبنات الأساسية للـ RNA ، عن طريق إزالة مجموعة 2'-hydroxyl. نتيجة لذلك ، يجب أن تمتلك الخلية القدرة على صنع الحمض النووي الريبي (RNA) قبل أن تتمكن من صنع الحمض النووي.

حدود تخزين المعلومات في تحرير RNA

تجعل الخصائص الكيميائية للحمض النووي الريبي جزيئات الحمض النووي الريبي الكبيرة هشة بطبيعتها ، ويمكن بسهولة تكسيرها إلى النيوكليوتيدات المكونة لها من خلال التحلل المائي. [35] [36] هذه القيود لا تجعل استخدام الحمض النووي الريبي كنظام تخزين معلومات أمرًا مستحيلًا ، بل ببساطة كثيفة الطاقة (لإصلاح أو استبدال جزيئات الحمض النووي الريبي التالفة) وعرضة للطفرة. في حين أن هذا يجعله غير مناسب للحياة الحالية "المحسنة للحمض النووي" ، فقد يكون مقبولاً لحياة أكثر بدائية.

RNA كمنظم تحرير

تم العثور على محولات الريبوسات تعمل كمنظمين للتعبير الجيني ، لا سيما في البكتيريا ، ولكن أيضًا في النباتات والعتائق. تقوم المحولات الريبية بتغيير هيكلها الثانوي استجابةً لارتباط المستقلب. يمكن أن يؤدي هذا التغيير في الهيكل إلى تكوين أو تعطيل جهاز إنهاء أو اقتطاع أو السماح بالنسخ على التوالي. [37] بدلاً من ذلك ، قد تربط المحولات الريبية أو تعيق تسلسل Shine – Dalgarno ، مما يؤثر على الترجمة. [38] وقد اقترح أن هذه نشأت في عالم قائم على الحمض النووي الريبي. [39] بالإضافة إلى ذلك ، تنظم موازين حرارة الحمض النووي الريبي التعبير الجيني استجابة لتغيرات درجة الحرارة. [40]

يتم دعم فرضية عالم الحمض النووي الريبي من خلال قدرة الحمض النووي الريبي على تخزين المعلومات الجينية ونقلها وتكرارها ، كما يفعل الحمض النووي ، وتنفيذ التفاعلات الأنزيمية ، مثل الإنزيمات القائمة على البروتين. نظرًا لأنه يمكنه تنفيذ أنواع المهام التي تؤديها البروتينات والحمض النووي حاليًا ، يُعتقد أن الحمض النووي الريبي كان في يوم من الأيام قادرًا على دعم الحياة المستقلة بمفرده. [15] تستخدم بعض الفيروسات الحمض النووي الريبي كمادة وراثية بدلاً من الحمض النووي. [41] علاوة على ذلك ، بينما لم يتم العثور على النيوكليوتيدات في التجارب القائمة على تجربة ميلر-أوري ، تم الإبلاغ عن تكوينها في ظروف مقبولة مسبقًا في عام 2009 [18] قاعدة البيورين ، الأدينين ، هي مجرد مادة خماسية من سيانيد الهيدروجين. أظهرت التجارب التي أجريت على الريبوزيمات الأساسية ، مثل Bacteriophage Qβ RNA ، أن هياكل الحمض النووي الريبي ذاتية التكاثر البسيطة يمكنها تحمل حتى الضغوط الانتقائية القوية (على سبيل المثال ، عوامل إنهاء سلسلة chirality المعاكسة). [42]

نظرًا لعدم وجود مسارات كيميائية معروفة للتخليق غير الحيوي للنيوكليوتيدات من nucleobases البيريميدين cytosine و uracil في ظل ظروف البريبايوتيك ، يعتقد البعض أن الأحماض النووية لا تحتوي على هذه القواعد النووية التي تظهر في الأحماض النووية في الحياة. [43] يتمتع النيوكليوزيد السيتوزين بعمر نصف بمعزل عن 19 يومًا عند 100 درجة مئوية (212 درجة فهرنهايت) و 17000 سنة في الماء المتجمد ، وهو ما يجادل البعض بأنه قصير جدًا على المقياس الزمني الجيولوجي للتراكم. [44] تساءل آخرون عما إذا كان الريبوز والسكريات الأخرى في العمود الفقري يمكن أن تكون مستقرة بما يكفي لتوجد في المادة الوراثية الأصلية ، [45] وأثاروا قضية أن جميع جزيئات الريبوز يجب أن تكون متماثلة ، مثل أي نيوكليوتيد من تعمل chirality الخاطئة كمنهي السلسلة. [46]

تم تصنيع ريبونوكليوسيدات بيريميدين والنيوكليوتيدات الخاصة بها بشكل مسبق عن طريق سلسلة من التفاعلات التي تتجاوز السكريات الحرة وتتجمع بطريقة تدريجية من خلال تضمين الكيميائيات النيتروجينية والأكسجينية. في سلسلة من المنشورات ، أظهر جون ساذرلاند وفريقه في كلية الكيمياء بجامعة مانشستر طرقًا عالية العائد للسيتيدين ويوريدين ريبونوكليوتيدات مبنية من شظايا صغيرة من 2 و 3 كربون مثل جلايكولالدهيد أو جليسيرالديهايد أو جليسيرالديهيد -3 -فوسفات وسياناميد وسيانو أسيتيلين. تسمح إحدى الخطوات في هذا التسلسل بعزل أمينوكسازولين الريبوز المضاد للمضادات الحيوية إذا كان الفائض المتماثل للجليسرالديهيد 60 ٪ أو أكثر ، من المحتمل أن يكون ذا فائدة تجاه التماثل البيولوجي البيولوجي. [47] يمكن اعتبار ذلك بمثابة خطوة تنقية حيوية ، حيث يتبلور المركب المذكور تلقائيًا من خليط من aminooxazolines البنتوز الأخرى. يمكن أن تتفاعل Aminooxazolines مع cyanoacetylene بطريقة معتدلة وعالية الكفاءة ، يتم التحكم فيها بواسطة الفوسفات غير العضوي ، لإعطاء cytidine ribonucleotides. تسمح المعالجة الضوئية باستخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية بالانعكاس حول المركز الشاذ 1 'لإعطاء الكيمياء الفراغية بيتا الصحيحة مشكلة واحدة في هذه الكيمياء هي الفسفرة الانتقائية لألفا سيتيدين في الموضع 2'. [48] ​​ومع ذلك ، في عام 2009 ، أظهروا أن نفس وحدات البناء البسيطة تسمح بالوصول ، من خلال تطوير القاعدة النووية التي يتم التحكم فيها بالفوسفات ، إلى 2 '، 3'-cyclic pyrimidine nucleotides مباشرة ، والتي من المعروف أنها قادرة على البلمرة إلى RNA. [18] وصفت الكيميائي العضوي دونا بلاكموند هذه النتيجة بأنها "دليل قوي" لصالح عالم الحمض النووي الريبي. [49] ومع ذلك ، قال جون ساذرلاند أنه بينما يشير عمل فريقه إلى أن الأحماض النووية لعبت دورًا مبكرًا ومركزيًا في نشأة الحياة ، فإنها لا تدعم بالضرورة فرضية عالم الحمض النووي الريبي بالمعنى الدقيق للكلمة ، والتي وصفها بأنها "تقييدية" ، ترتيب افتراضي ". [50]

سلطت ورقة مجموعة ساذرلاند لعام 2009 الضوء أيضًا على إمكانية التعقيم الضوئي للفوسفات الدوري من بيريميدين -2 '، 3'-cyclic phosphates. [18] من نقاط الضعف المحتملة في هذه المسارات إنتاج الجلسيرالديهيد الغني بالنيتروجين أو مشتقاته المكونة من 3 فوسفات (يفضل غليسرالديهايد أن يكون موجودًا باعتباره داي هيدروكسي أسيتون الكيتو). [ بحاجة لمصدر ]

في 8 أغسطس 2011 ، نُشر تقرير ، استنادًا إلى دراسات ناسا عن النيازك الموجودة على الأرض ، مما يشير إلى أن اللبنات الأساسية من الحمض النووي الريبي (الأدينين والجوانين والجزيئات العضوية ذات الصلة) ربما تكون قد تشكلت خارج كوكب الأرض في الفضاء الخارجي. [51] [52] [53] في عام 2017 ، يشير نموذج رقمي إلى أن عالم الحمض النووي الريبي ربما يكون قد ظهر في البرك الدافئة على الأرض المبكرة ، وأن النيازك كانت مصدرًا معقولًا ومحتملًا لبنات بناء الحمض النووي الريبي (الريبوز والأحماض النووية) ) لهذه البيئات. [54] في 29 أغسطس 2012 ، أبلغ علماء الفلك في جامعة كوبنهاغن عن اكتشاف جزيء معين من السكر ، وهو جليكول ألدهيد ، في نظام نجمي بعيد. تم العثور على الجزيء حول ثنائي البروتستيلار IRAS 16293-2422التي تقع على بعد 400 سنة ضوئية من الأرض. [55] [56] نظرًا لأن الجليكولالدهيد ضروري لتكوين الحمض النووي الريبي ، فإن هذا الاكتشاف يشير إلى أن الجزيئات العضوية المعقدة قد تتشكل في أنظمة نجمية قبل تكوين الكواكب ، وتصل في النهاية إلى الكواكب الصغيرة مبكرًا في تكوينها. [57]

النيوكليوتيدات هي الجزيئات الأساسية التي تتحد في سلسلة لتشكيل الحمض النووي الريبي. وهي تتكون من قاعدة نيتروجينية مرتبطة بعمود فقري من السكر والفوسفات. يتكون الحمض النووي الريبي من امتدادات طويلة من نيوكليوتيدات معينة مرتبة بحيث يحمل تسلسل قواعدها المعلومات. تنص فرضية عالم الحمض النووي الريبي على أنه في الحساء البدائي (أو الشطيرة) ، كانت هناك نيوكليوتيدات حرة الطفو. شكلت هذه النيوكليوتيدات بانتظام روابط مع بعضها البعض ، والتي غالبًا ما تنكسر لأن التغير في الطاقة كان منخفضًا للغاية. ومع ذلك ، فإن تسلسلات معينة من أزواج القواعد لها خصائص تحفيزية تقلل من طاقة سلسلتها التي يتم تكوينها ، مما يمكنها من البقاء معًا لفترات أطول من الوقت. مع نمو كل سلسلة أطول ، اجتذبت المزيد من النيوكليوتيدات المطابقة بشكل أسرع ، مما تسبب في تشكيل السلاسل الآن بشكل أسرع مما كانت عليه في الانهيار.

اقترح البعض هذه السلاسل كأول أشكال الحياة البدائية. في عالم RNA ، كان من الممكن أن يكون لمجموعات مختلفة من خيوط RNA نواتج تكرار مختلفة ، والتي من شأنها زيادة أو تقليل تواترها في السكان ، أي الانتقاء الطبيعي. نظرًا لأن أصلح مجموعات جزيئات الحمض النووي الريبي توسع أعدادها ، يمكن أن تتراكم الخصائص التحفيزية الجديدة التي تضيفها الطفرة ، والتي تفيد استمرارها وتوسعها ، في السكان. تم التعرف على مثل هذه المجموعة التحفيزية الذاتية من الريبوزيمات ، القادرة على التكاثر الذاتي في غضون ساعة تقريبًا. تم إنتاجه عن طريق المنافسة الجزيئية (في المختبر تطور) مخاليط الإنزيم المرشحة. [58]

قد تكون المنافسة بين RNA قد شجعت ظهور التعاون بين سلاسل RNA المختلفة ، مما فتح الطريق لتشكيل أول خلية أولية. في النهاية ، تم تطوير سلاسل الحمض النووي الريبي بخصائص تحفيزية تساعد الأحماض الأمينية على الارتباط ببعضها البعض (وهي عملية تسمى الترابط الببتيد). يمكن أن تساعد هذه الأحماض الأمينية بعد ذلك في تخليق الحمض النووي الريبي ، مما يمنح سلاسل الحمض النووي الريبي التي يمكن أن تكون بمثابة ريبوزيمات ميزة انتقائية. تم إثبات القدرة على تحفيز خطوة واحدة في تخليق البروتين ، aminoacylation من الحمض النووي الريبي ، في مقطع قصير (خمسة نيوكليوتيدات) من الحمض النووي الريبي. [59]

في مارس 2015 ، أفاد علماء ناسا أنه لأول مرة ، تم تكوين مركبات عضوية معقدة من الحمض النووي والحمض النووي الريبي ، بما في ذلك اليوراسيل والسيتوزين والثايمين في المختبر في ظل ظروف موجودة فقط في الفضاء الخارجي ، باستخدام مواد كيميائية أولية ، مثل بيريميدين ، الموجود في النيازك. وفقًا للعلماء ، ربما تكون البيريميدين ، مثل الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) ، قد تشكل في النجوم العملاقة الحمراء أو في الغبار بين النجوم وسحب الغاز. [60]

في عام 2018 ، حدد الباحثون في معهد جورجيا للتكنولوجيا ثلاثة جزيئات مرشحة للقواعد التي ربما تكون قد شكلت نسخة أولية من الحمض النووي الريبي الأولي: حمض الباربيتوريك ، والميلامين ، و 2،4،6-تريامينوبيريميدين (TAP). هذه الجزيئات الثلاثة هي نسخ أبسط من القواعد الأربعة في الحمض النووي الريبي الحالي ، والتي كان من الممكن أن تكون موجودة بكميات أكبر ويمكن أن تظل متوافقة معها ، ولكن ربما تم تجاهلها بالتطور في مقابل أزواج قاعدية أكثر مثالية. [61] على وجه التحديد ، يمكن لـ TAP تكوين نيوكليوتيدات مع مجموعة كبيرة من السكريات. [62] كل من TAP وزوج قاعدة الميلامين مع حمض الباربيتوريك. كل ثلاثة يشكلون بشكل تلقائي نيوكليوتيدات مع الريبوز. [63]

تتمثل إحدى التحديات التي تطرحها فرضية عالم الحمض النووي الريبي في اكتشاف المسار الذي ينتقل من خلاله نظام قائم على الحمض النووي الريبي إلى نظام يعتمد على الحمض النووي. ربما يكون جيفري ديمر وكين ستيدمان ، من جامعة ولاية بورتلاند في ولاية أوريغون ، قد وجدا حلاً. أثناء إجراء مسح للفيروسات في بحيرة حمضية ساخنة في منتزه لاسين فولكانيك الوطني ، كاليفورنيا ، اكتشفوا أدلة على أن فيروس DNA بسيط قد اكتسب جينًا من فيروس لا علاقة له بالـ RNA. يقترح عالم الفيروسات لويس فيلاريال من جامعة كاليفورنيا إيرفين أيضًا أن الفيروسات القادرة على تحويل الجين القائم على الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي ثم دمجه في جينوم أكثر تعقيدًا قائم على الحمض النووي ربما كانت شائعة في عالم الفيروسات أثناء انتقال الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي. قبل 4 مليارات سنة. [64] [65] هذه النتيجة تعزز الحجة لنقل المعلومات من عالم الحمض النووي الريبي إلى عالم الحمض النووي الناشئ قبل ظهور آخر سلف مشترك عالمي. من خلال البحث ، لا يزال تنوع عالم الفيروس هذا معنا.

نتج دليل إضافي يدعم مفهوم عالم الحمض النووي الريبي من البحث عن أشباه الفيروسات ، أول ممثلين لمجال جديد من "مسببات الأمراض تحت الفيروس". [66] [67] أشباه الفيروسات هي في الغالب من مسببات الأمراض النباتية ، والتي تتكون من امتدادات قصيرة (بضع مئات من القواعد النووية) من رنا مكمل للغاية ، دائري ، وحيد الخيط ، وغير مشفر بدون غلاف بروتيني. بالمقارنة مع مسببات الأمراض النباتية المعدية الأخرى ، فإن أشباه الفيروسات صغيرة للغاية ، وتتراوح من 246 إلى 467 قاعدة نووية. وبالمقارنة ، يبلغ طول جينوم أصغر الفيروسات المعروفة القادرة على التسبب في العدوى حوالي 2000 قاعدة نووية. [68]

في عام 1989 ، اقترح دينر ، بناءً على خصائصها المميزة ، أن أشباه الفيروسات هي "بقايا حية" أكثر منطقية لعالم الرنا من الإنترونات أو الرناوات الأخرى التي تم اعتبارها على هذا النحو. [69] إذا كان الأمر كذلك ، فإن أشباه الفيروسات قد اكتسبت أهمية محتملة تتجاوز علم أمراض النبات إلى علم الأحياء التطوري ، من خلال تمثيل الجزيئات الكبيرة المعروفة القادرة على شرح الخطوات الوسيطة الحاسمة في تطور الحياة من المادة غير الحية (انظر: التولد الذاتي).

على ما يبدو ، بقيت فرضية دينر كامنة حتى عام 2014 ، عندما كان فلوريس وآخرون. نشر ورقة مراجعة ، تم فيها تلخيص أدلة داينر التي تدعم فرضيته. [70] في نفس العام ، نشر كاتب علمي في نيويورك تايمز نسخة مشهورة من اقتراح دينر ، ومع ذلك ، فقد نسب الفضل إلى فلوريس وآخرين. بالمفهوم الأصلي للفرضية. [71]

خصائص الفيروسات ذات الصلة المدرجة في عام 1989 هي:

  1. حجم صغير ، يفرضه تكرار عرضة للخطأ
  2. محتوى عالي من الجوانين والسيتوزين ، مما يزيد من الاستقرار وإخلاص النسخ المتماثل
  3. هيكل دائري يضمن التكرار الكامل بدون علامات الجينوم
  4. الدورية الهيكلية ، والتي تسمح بالتجميع المعياري في جينومات مكبرة
  5. نقص القدرة على ترميز البروتين ، بما يتوافق مع موطن خالٍ من الريبوسوم و
  6. في بعض الحالات ، يتم التكاثر بوساطة الريبوزيمات - بصمة عالم الحمض النووي الريبي. [70]

يشكل وجود الحمض النووي الريبي (RNAs) في الخلايا الباقية ذات الخصائص الجزيئية المتوقعة لـ RNAs لعالم RNA حجة إضافية تدعم فرضية RNA World.

ايجن وآخرون. [72] واقترح ووز [73] أن جينومات الخلايا الأولية المبكرة تتكون من رنا أحادي السلسلة ، وأن الجينات الفردية تتوافق مع أجزاء منفصلة من الحمض النووي الريبي ، بدلاً من أن تكون مرتبطة من طرف إلى طرف كما هو الحال في جينومات الحمض النووي الحالية. ستكون الخلية الأولية التي كانت أحادية العدد (نسخة واحدة من كل جين RNA) عرضة للتلف ، نظرًا لأن إصابة واحدة في أي جزء من RNA قد تكون قاتلة للخلية الأولية (على سبيل المثال عن طريق منع التكاثر أو تثبيط وظيفة الجين الأساسي).

يمكن تقليل التعرض للتلف عن طريق الاحتفاظ بنسختين أو أكثر من كل جزء من RNA في كل خلية أولية ، أي عن طريق الحفاظ على ثنائية الصبغيات أو تعدد الصبغيات. سيسمح التكرار الجينومي باستبدال جزء من الحمض النووي الريبي التالف بنسخ إضافي من متماثله. ومع ذلك ، بالنسبة لمثل هذا الكائن الحي البسيط ، فإن نسبة الموارد المتاحة المقيدة في المادة الجينية ستكون جزءًا كبيرًا من إجمالي ميزانية الموارد. في ظل ظروف الموارد المحدودة ، من المحتمل أن يكون معدل تكاثر الخلية الأولية مرتبطًا عكسياً بعدد ploidy. سيتم تقليل ملاءمة الخلية الأولية بسبب تكاليف التكرار. وبالتالي ، فإن التعامل مع جينات الحمض النووي الريبي التالفة مع تقليل تكاليف التكرار من المحتمل أن يكون مشكلة أساسية للخلايا الأولية المبكرة.

تم إجراء تحليل التكلفة والفوائد حيث تمت موازنة تكاليف الحفاظ على التكرار مقابل تكاليف تلف الجينوم. [74] أدى هذا التحليل إلى استنتاج مفاده أنه في ظل مجموعة واسعة من الظروف ، ستكون الإستراتيجية المختارة لكل خلية أولية أن تكون أحادية العدد ، ولكن يتم دمجها بشكل دوري مع خلية أحادية الصيغة الصبغية أخرى لتشكيل ثنائي الصبغية عابر. يؤدي الاحتفاظ بالحالة الفردية إلى زيادة معدل النمو إلى الحد الأقصى. تسمح عمليات الاندماج الدورية بإعادة التنشيط المتبادل للخلايا الأولية التالفة بشكل مميت. في حالة وجود نسخة واحدة خالية من التلف على الأقل من كل جين RNA في ثنائي الصبغة العابر ، يمكن تكوين ذرية قابلة للحياة. يتطلب إنتاج خليتين وليتين قابلتين للحياة ، بدلاً من واحدة ، تكرارًا إضافيًا لجين الحمض النووي الريبي السليم المتماثل مع أي جين RNA تم إتلافه قبل انقسام الخلية الأولية المنصهرة. يمكن اعتبار دورة التكاثر أحادي الصيغة الصبغية ، مع الاندماج العرضي إلى حالة ثنائية الصبغية عابرة ، متبوعًا بالانقسام إلى الحالة الفردية ، الدورة الجنسية في أكثر أشكالها بدائية. [74] [75] في غياب هذه الدورة الجنسية ، فإن الخلايا الأولية أحادية الصبغيات التي تعاني من تلف في جين أساسي من الحمض النووي الريبي ستموت ببساطة.

هذا النموذج للدورة الجنسية المبكرة افتراضي ، لكنه مشابه جدًا للسلوك الجنسي المعروف لفيروسات الحمض النووي الريبي المجزأة ، والتي تعد من أبسط الكائنات الحية المعروفة. يعد فيروس الإنفلونزا ، الذي يتكون جينومه من 8 أجزاء من الحمض النووي الريبي المنفصلة جسديًا ، [76] مثالاً على هذا النوع من الفيروسات.في فيروسات الرنا المجزأة ، يمكن أن يحدث "التزاوج" عندما تصاب الخلية المضيفة بجسيمين من الفيروسات على الأقل. إذا كان كل من هذه الفيروسات يحتوي على جزء من الحمض النووي الريبي مع ضرر مميت ، يمكن أن تؤدي العدوى المتعددة إلى إعادة التنشيط بشرط وجود نسخة واحدة على الأقل من كل جين فيروسي في الخلية المصابة. تُعرف هذه الظاهرة باسم "إعادة تنشيط التعددية". تم الإبلاغ عن حدوث إعادة تنشيط التعددية في حالات العدوى بفيروس الأنفلونزا بعد تحريض تلف الحمض النووي الريبي عن طريق الإشعاع فوق البنفسجي ، [77] والإشعاع المؤين. [78]

كان باتريك فورتيري يعمل على فرضية جديدة ، تسمى "ثلاثة فيروسات ، ثلاثة مجالات": [79] أن الفيروسات كانت مفيدة في الانتقال من الحمض النووي الريبي إلى الحمض النووي وتطور البكتيريا والعتائق و Eukaryota. وهو يعتقد أن آخر سلف مشترك عالمي [79] كان فيروسات RNA القائمة على RNA والمتطورة. تطورت بعض الفيروسات إلى فيروسات الحمض النووي لحماية جيناتها من الهجوم. من خلال عملية العدوى الفيروسية في المضيفين ، تطورت مجالات الحياة الثلاثة. [79] [80]

اقتراح آخر مثير للاهتمام هو فكرة أن تخليق الحمض النووي الريبي ربما كان مدفوعًا بتدرجات درجة الحرارة ، في عملية التركيب الحراري. [81] وقد ثبت أن النيوكليوتيدات المفردة تحفز التفاعلات العضوية. [82]

جادل ستيفن بينر بأن الظروف الكيميائية على كوكب المريخ ، مثل وجود البورون والموليبدينوم والأكسجين ، ربما كانت أفضل لإنتاج جزيئات الحمض النووي الريبي في البداية من تلك الموجودة على الأرض. إذا كان الأمر كذلك ، فربما تكون الجزيئات المناسبة للحياة ، التي نشأت على سطح المريخ ، قد هاجرت لاحقًا إلى الأرض عبر آليات panspermia أو عملية مماثلة. [83] [84]

لا يستبعد الوجود المفترض لعالم الحمض النووي الريبي "عالم ما قبل الحمض النووي الريبي" ، حيث يُقترح نظام التمثيل الغذائي الذي يعتمد على حمض نووي مختلف لتاريخ ما قبل الحمض النووي الريبي. الحمض النووي المرشح هو الحمض النووي الببتيد (PNA) ، والذي يستخدم روابط ببتيدية بسيطة لربط القواعد النووية. [85] يعتبر الحمض النووي الريبي أكثر استقرارًا من الحمض النووي الريبي ، ولكن قدرته على التولد في ظل ظروف ما قبل بيولوجية لم يتم إثباتها تجريبيًا بعد.

تم اقتراح حمض نووي Threose (TNA) أيضًا كنقطة انطلاق ، كما هو الحال مع حمض الجليكول النووي (GNA) ، ومثل PNA ، يفتقر أيضًا إلى الأدلة التجريبية لتكوين كل منهما.

تم اقتراح نظرية بديلة - أو تكميلية - لأصل الحمض النووي الريبي في فرضية العالم PAH ، حيث تتوسط الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) في تخليق جزيئات الحمض النووي الريبي. [86] الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات هي الأكثر شيوعًا ووفرة من الجزيئات المتعددة الذرات المعروفة في الكون المرئي ، ومن المحتمل أن تكون مكونًا للبحر البدائي. [87] الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات والفوليرينات (متورطة أيضًا في أصل الحياة) [88] تم اكتشافها في السدم. [89]

تقترح نظرية عالم الحديد والكبريت أن عمليات التمثيل الغذائي البسيطة قد تطورت قبل المواد الجينية ، وأن هذه الدورات المنتجة للطاقة حفزت إنتاج الجينات.

يتم تجاوز بعض الصعوبات في إنتاج السلائف على الأرض من خلال نظرية بديلة أو تكميلية أخرى لأصلها ، panspermia. يناقش هذا الكتاب إمكانية نقل الحياة المبكرة على هذا الكوكب من مكان آخر في المجرة ، ربما على نيازك مشابهة لحجر نيزك مورشيسون. [90] تم العثور على جزيئات السكر ، بما في ذلك الريبوز ، في النيازك. [91] [92] Panspermia لا يبطل مفهوم عالم الحمض النووي الريبي ، ولكنه يفترض أن هذا العالم أو أسلافه لم تنشأ على الأرض بل على كوكب آخر ، ربما أقدم.

هناك فرضيات تتعارض بشكل مباشر مع فرضية العالم RNA [ بحاجة لمصدر ]. أدى التعقيد الكيميائي النسبي للنيوكليوتيدات وعدم احتمال ظهوره تلقائيًا ، إلى جانب العدد المحدود من التركيبات الممكنة بين أربعة أشكال أساسية ، بالإضافة إلى الحاجة إلى بوليمرات RNA لبعض الطول قبل رؤية النشاط الأنزيمي ، إلى رفض البعض تؤيد فرضية عالم الحمض النووي الريبي (RNA) فرضية التمثيل الغذائي أولاً ، حيث نشأت الكيمياء الكامنة وراء الوظيفة الخلوية أولاً ، جنبًا إلى جنب مع القدرة على تكرار هذا التمثيل الغذائي وتسهيله.

تعديل التطور المشترك لببتيد الحمض النووي الريبي

اقتراح آخر هو أن نظام الجزيء المزدوج الذي نراه اليوم ، حيث هناك حاجة إلى جزيء قائم على النوكليوتيدات لتخليق البروتين ، وجزيء (بروتين) قائم على الببتيد لصنع بوليمرات الحمض النووي ، يمثل الشكل الأصلي للحياة. [93] تسمى هذه النظرية التطور المشترك لببتيد الحمض النووي الريبي ، [94] أو عالم الببتيد-الرنا ، وتقدم تفسيرًا محتملاً للتطور السريع للتكرار عالي الجودة في الحمض النووي الريبي (نظرًا لأن البروتينات هي محفزات) ، مع عدم وجود لافتراض تكوين متزامن لجزيئين معقدين ، إنزيم (من الببتيدات) و RNA (من النيوكليوتيدات). في سيناريو عالم الببتيد- RNA هذا ، كان من الممكن أن يحتوي الحمض النووي الريبي على تعليمات الحياة ، في حين أن الببتيدات (إنزيمات بروتينية بسيطة) ستسرع التفاعلات الكيميائية الرئيسية لتنفيذ تلك التعليمات. [95] تترك الدراسة السؤال مفتوحًا حول كيفية تمكن هذه الأنظمة البدائية من تكرار نفسها - وهو أمر لا يمكن لفرضية RNA World ولا نظرية Peptide-RNA World أن تفسره ، إلا إذا لعبت البوليميرات (الإنزيمات التي تجمع جزيء RNA بسرعة) دورًا وظيفة. [95]

وجد مشروع بحثي تم الانتهاء منه في مارس 2015 من قبل مجموعة Sutherland أن شبكة من التفاعلات تبدأ بسيانيد الهيدروجين وكبريتيد الهيدروجين ، في تيارات المياه المشعة بواسطة ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، يمكن أن تنتج المكونات الكيميائية للبروتينات والدهون ، إلى جانب تلك الموجودة في الحمض النووي الريبي. [96] [97] استخدم الباحثون مصطلح "سيانوسولفيدك" لوصف هذه الشبكة من التفاعلات. [96] في نوفمبر 2017 ، حدد فريق في معهد سكريبس للأبحاث التفاعلات التي تنطوي على مركب ثنائي الفوسفات الذي يمكن أن يربط المكونات الكيميائية في سلاسل قصيرة من الببتيد والدهون وكذلك سلاسل قصيرة تشبه الحمض النووي الريبي من النيوكليوتيدات. [98] [99]

إن فرضية عالم الحمض النووي الريبي ، إذا كانت صحيحة ، لها آثار مهمة على تعريف الحياة. في معظم الأوقات التي أعقبت توضيح فرانكلين وواتسون وكريك لهيكل الحمض النووي في عام 1953 ، تم تعريف الحياة إلى حد كبير من حيث الحمض النووي والبروتينات: بدا أن الحمض النووي والبروتينات هما الجزيئات الكبيرة المهيمنة في الخلية الحية ، حيث يساعد الحمض النووي الريبي فقط في تكوين البروتينات من مخطط الحمض النووي.

تضع فرضية العالم RNA الحمض النووي الريبي في مركز الصدارة عندما نشأت الحياة. يتم دعم فرضية عالم الحمض النووي الريبي من خلال الملاحظات القائلة بأن الريبوسومات هي ريبوزيمات: [100] [101] يتكون الموقع التحفيزي من الحمض النووي الريبي ، والبروتينات ليس لها دور هيكلي رئيسي ولها أهمية وظيفية هامشية. تم تأكيد ذلك من خلال فك شفرة البنية ثلاثية الأبعاد للريبوسوم في عام 2001. وعلى وجه التحديد ، يُعرف الآن تكوين رابطة الببتيد ، وهو التفاعل الذي يربط الأحماض الأمينية معًا في البروتينات ، بأنه يتم تحفيزه بواسطة بقايا الأدينين في الرنا الريباسي.

من المعروف أن الحمض النووي الريبي يلعب أدوارًا في العمليات التحفيزية الخلوية الأخرى ، وتحديدًا في استهداف الإنزيمات لتسلسلات معينة من الحمض النووي الريبي. في حقيقيات النوى ، تتم معالجة تحرير ما قبل mRNA و RNA في المواقع المحددة من خلال الاقتران الأساسي بين مكونات RNA و RNA المستهدفة للبروتينات النووية الصغيرة (snRNPs). إن استهداف الإنزيم هذا مسؤول أيضًا عن تنظيم خفض الجينات من خلال تداخل الحمض النووي الريبي (RNAi) ، حيث يستهدف دليل الحمض النووي الريبي المرتبط بالإنزيم مرنا محددًا للتدمير الانتقائي. وبالمثل ، في حقيقيات النوى ، تتضمن صيانة التيلوميرات نسخ قالب RNA الذي يعد جزءًا من إنزيم التيلوميراز ribonucleoprotein. تشتمل العضية الخلوية الأخرى ، القبو ، على مكون بروتين نووي ، على الرغم من أن وظيفة هذه العضية لا تزال بحاجة إلى توضيح.


ELI5: لماذا تكاثرت الكائنات الحية الأولى؟

AFAIK مرة أخرى في الأيام الجيدة و # x27 عندما كانت الأرض حساءًا صغيرًا وساخنًا بدائيًا - حدث شيء مضحك. النجوم (النجوم ، الجزيئات العضوية المعقدة ، الفروق الكبيرة) مصطفة وها! ولد كائن حي! وفقًا لكتاب AP Bio ، فإن الظروف اللازمة لتحقيق ذلك كانت على الأرجح في بعض الفتحات الحرارية المائية في مكان ما.

سؤالي هو: لماذا (ونقاط المكافأة كيف) قامت تلك الكائنات البدائية الأولى أحادية الخلية بالتكاثر؟ لم يكن هناك رنا أو دنا وحتى لو كان موجودًا ، فلماذا يتسبب هذا في التكرار؟

تحرير: كما أشار اثنان من المستخدمين ، فإن فرضية RNA World تشير إلى أن أول & quotor كائن حي & quot هو RNA ، والتي يمكن أن تتكاثر ذاتيًا.

كانت الكائنات الحية الأولى أساسًا عبارة عن نقاط تحتوي على مواد محددة جدًا بداخلها. عندما نما حجم النقط ، أصبحت في النهاية كبيرة جدًا لدرجة أنها انقسمت إلى قسمين ، وتقاسمت كل الأجزاء الداخلية الموجودة في النقطة الأصلية. Presto ، تكاثر بدائي للغاية.

هذه بداية جيدة للإجابة.

وأضيف أن التحسن في الإنجاب يوفر فائدة تطورية - أولئك الذين لديهم آليات تضمن للجيل التالي موارد كافية للازدهار كانوا أكثر عرضة لتمرير هذه الآليات.

ولكن ماذا & # x27s لقول أنهم & # x27d منقسمون بالتساوي ، أي أن النقطتين متطابقتين؟ لماذا & # x27t ينتج عنه نمو أسي لعدد لا يسبر غوره من الخلايا البدائية الفريدة التي تنقسم بهذه الطريقة؟

لا أعتقد أن كائنًا ما قد ظهر بتعريفنا الحالي ، ولكن شيئًا آخر. تحقق من: https://en.wikipedia.org/wiki/RNA_world

بالطبع من الطبيعي أن نتساءل عن كيفية ظهور الحمض النووي الريبي ، وقد يستغرق ذلك وقتًا طويلاً لاكتشافه. أتساءل عما إذا كانت الطفرة هي مقدمة للتكاثر.

آه ، أتذكر أنني قرأت عن فرضية عالم الحمض النووي الريبي الآن. لكن الحمض النووي الريبي الموجود عليه & # x27s الخاصة غير قادر على التكرار. هل توجد أي نظريات رائدة حول كيفية قيام جزيئات الحمض النووي الريبي الأولى بسحب هذا الأمر؟

أتذكر أنني قرأت أن النقط المجهرية الأولى أخذت أيضًا هذه البلورات الطينية الصغيرة. عندما نمت المزيد من البلورات ، استخدموا البلورة السابقة كقالب ، مما أدى إلى إنتاج نسخة طبق الأصل. انتهى الأمر باستخدام هذا النوع كجينات بدائية قبل ظهور الحمض النووي الريبي.

هذا مثير للاهتمام ، لم أسمع هذه النظرية من قبل. هل تعلم لماذا استخدموا البلورات السابقة للتكرار؟ كما أنني & # x27d أقدر أي موارد حول الموضوع الذي تلقيته في طريقي.

لم يكن هناك رنا أو دنا وحتى لو كان موجودًا ، فلماذا يتسبب هذا في التكرار؟

هذا & # x27s ليس صحيحًا ، وفقًا للتفسير الأكثر قبولًا على نطاق واسع ، والمعروف باسم فرضية العالم & quotRNA. & quot ؛ الفكرة هي أن أول تكاثر وكوتور كائنات & quot ؛ كانت جزيئات RNA. بناءً على ظروف الأرض المبكرة ، يمكن أن تتكون اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبي بشكل طبيعي.

أحد الأشياء الرائعة حول الحمض النووي الريبي هو أنه في الواقع يمكنه نسخ نفسه إلى درجة معينة. تتطابق القواعد المختلفة (أجزاء من الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي) مع قواعد أخرى معينة في نمط معين. علاوة على ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي هو مجرد سلسلة من النيوكليوتيدات (وحدات صغيرة متكررة) ، لذلك يمكن أن تضيف المزيد من القواعد لتصبح أطول أو تتفكك لتشكيل سلاسل أقصر.

وفوق كل هذا ، فإن للحمض النووي الريبي خاصية أخرى مهمة: يمكن أن يعمل مثل الإنزيم ويحفز التفاعلات. بعبارة أخرى ، يمكن للحمض النووي الريبي إجراء تفاعلات كيميائية ، مما يسمح له بإجراء تفاعلات أكثر تعقيدًا من مجرد إطالة وتقصير السلاسل. في الواقع ، حتى في الخلايا الحديثة ، يُستخدم الحمض النووي الريبي (في الريبوسومات) لصنع البروتينات ، وهي مهمة بالغة الأهمية للأشياء المعقدة التي يمكن أن تقوم بها الخلية.

للتلخيص ، على الرغم من أنه لا يعتبر كائنًا حيًا ، فإن أول شيء بيولوجي يتكاثر كان على الأرجح RNA. كانت الظروف على الأرض مواتية لإنتاج اللبنات الأساسية للحمض النووي الريبي ، وله الكثير من الخصائص التي تمنحه القدرة على إعادة إنتاج نفسه.


2. & # x0201cRNA-FIRST & # x0201d عرض أصل الحياة

2.1. التوليف اللاأحيائي للبولينيوكليوتيدات

يتناول هذا القسم تخليق قليل النوكليوتيدات من & # x000df- d -nucleoside 5 & # x02032-phosphates ، مع ترك مسألة كيفية توفر النيوكليوتيدات على الأرض البدائية جانباً في الوقت الحالي. يتم تضمين تفاعلين كيميائيين مختلفين اختلافًا جوهريًا. أولاً ، يجب تحويل النيوكليوتيد إلى مشتق نشط ، على سبيل المثال ، نيوكليوزيد 5 & # x02032-بولي فوسفات. بعد ذلك ، يجب عمل مجموعة 3 & # x02032-hydroxyl من جزيء نيوكليوتيد أو قليل النوكليوتيد للتفاعل مع مجموعة الفوسفات المنشط لمونومر. لن تتم مناقشة توليف أليغنوكليوتيدات من نوكليوزيد 3 & # x02032-فوسفات لأن النوكليوزيد المنشط 2 & # x02032- أو 3 & # x02032-الفوسفات بشكل عام يتفاعل بسهولة لتشكيل 2 & # x02032،3 & # x02032-cyclic phosphates. من غير المحتمل أن تتكاثر هذه الفوسفات الحلقية بكفاءة لأن ثابت التوازن لتكوين الثنائيات هو فقط من أجل 1.0 لتر / مول (Erman and Hammes 1966 Mohr and Thach 1969). في ظل وجود قالب تكميلي ، قد يتم تكوين أوليغومرات أكبر إلى حد ما لأن الطاقة الحرة للتهجين ستساعد في دفع تفاعل تمديد السلسلة إلى الأمام.

في تخليق الحمض النووي الريبي الإنزيمي والحمض النووي ، فإن النيوكليوزيد 5 & # x02032-ثلاثي الفوسفات (NTPs) هي ركائز البلمرة. يمكن استخدام Polynucleotide phosphorylase ، على الرغم من كونه إنزيمًا متحللًا في الطبيعة ، لتخليق oligonucleotides من nucleoside 5 & # x02032-diphosphates. لذلك ، فإن النيوكليوزيد 5 & # x02032-polyphosphates مرشحين واضحين للأشكال المنشطة للنيوكليوتيدات. على الرغم من أن النيوكليوزيد 5 & # x02032-triphosphates لا تتشكل بسهولة ، فإن تخليق النيوكليوزيد 5 & # x02032-tetraphosphates من النيوكليوتيدات وثلاثي فوسفات غير العضوي يوفر طريقًا مقبولًا للحيوية للنيوكليوتيدات المنشطة (Lohrmann 1975). تم الإبلاغ أيضًا عن توليفات بريبايوتك أخرى معقولة إلى حد ما للنيوكليوزيد 5 & # x02032-polyphosphates من النيوكليوتيدات (Handschuh et al. 1973 Osterberg et al. 1973 Reimann and Zubay 1999). ومع ذلك ، فإن الأمر الأقل وضوحًا هو كيفية تعبئة الفوسفات الأول لتحويل النيوكليوسيدات إلى 5 & # x02032-nucleotides. Nucleoside 5 & # x02032-polyphosphates عبارة عن إسترات فوسفات عالية الطاقة ، ولكنها غير متفاعلة نسبيًا في محلول مائي. قد يكون هذا مفيدًا للبلمرة المحفزة بالإنزيم ، ولكنه يمثل عقبة خطيرة أمام البلمرة غير الإنزيمية للنيوكليوزيد 5 & # x02032-polyphosphates ، والذي قد يحدث بشكل أبطأ بكثير من التحلل المائي لعديد النوكليوتيد الناتج.

في نهج مختلف لتنشيط النيوكليوتيدات ، يتم تجنب عزل الوسيط المنشط باستخدام عامل تكثيف مثل كربوديميد (خورانا 1961). هذه طريقة شائعة في التخليق العضوي ، لكن تطبيقها على كيمياء البريبايوتيك يمثل مشكلة. تنشط جزيئات البريبايوتك المحتملة مثل السياناميد والسيانو أسيتيلين النيوكليوتيدات في محلول مائي ، لكن تفاعلات التكثيف اللاحقة غير فعالة (Lohrmann and Orgel 1973).

استخدمت معظم المحاولات لدراسة البلمرة غير الأنزيمية للنيوكليوتيدات في سياق كيمياء البريبايوتيك nucleoside 5 & # x02032-phosphoramidates ، وخاصة nucleoside 5 & # x02032-phosphorimidazolides. على الرغم من أنه يمكن تكوين الفوسفوريميدازوليد من إيميدازول ونيوكليوزيد 5 & # x02032-polyphosphates (Lohrmann 1977) ، إلا أنها مقبولة بشكل هامشي فقط كجزيئات حيوية. تم اختيارها لأنها جاهزة بسهولة وتتفاعل بمعدل مناسب في محلول مائي.

تحتوي النيوكليوتيدات على ثلاث مجموعات رئيسية محبة للنواة: 5 & # x02032-phosphate ، و 2 & # x02032-hydroxyl ، و 3 & # x02032-hydroxyl group ، من أجل تقليل التفاعل. تفاعل النيوكليوتيد أو قليل النوكليوتيد مع نيوكليوتيد منشط ، ينتج عنه عادةً 5 & # x02032،5 & # x02032-pyrophosphate-، 2 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester- و 3 & # x02032،5 & # xphi2032-linked adducts (الشكل 1 أ) ، بترتيب تناقص الوفرة (Sulston et al. 1968). وبالتالي فإن تكاثف العديد من المونومرات من المحتمل أن ينتج عنه قليل القسيمات يحتوي على بيروفوسفات واحد ورجحان 2 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester الروابط (الشكل 1 ب). هناك فرصة ضئيلة لإنتاج أوليغومرات مرتبطة بـ 3 & # x02032،5 & # x02032 بالكامل من النيوكليوتيدات المنشطة ما لم يتم العثور على محفز يزيد نسبة 3 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester. العديد من أيونات المعادن ، خاصة Pb 2+ و UO2 2+ ، يحفز تكوين أوليغومرات من نوكليوزيد 5 & # x02032-فوسفوريميدازوليديس (سليبر وأورجيل 1979 ساواي وآخرون 1988). يكون التفاعل المحفز Pb 2+ فعالًا بشكل خاص عند إجرائه في محاليل سهلة الانصهار للمونومرات المنشطة (في المحاليل المركزة التي يتم الحصول عليها عن طريق التجميد الجزئي للمحاليل المخففة). تتشكل كميات كبيرة من الأوليغومرات الطويلة في ظل ظروف سهلة الانصهار ، لكن أوليغومرات المنتج تحتوي دائمًا على نسبة كبيرة من 2 & # x02032،5 & # x02032-linkages (Kanavarioti et al. 2001 Monnard et al. 2003).

روابط الفوسفوديستر الناتجة عن التكثيف الكيميائي للنيوكليوتيدات. (أ) تفاعل أحادي النوكليوتيد المنشط (N.أنا + 1) مع قليل النوكليوتيد (N.1& # x02013Nأنا ) لتشكيل 3 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester (اليسار)، 2 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester (وسط) ، أو رابط 5 & # x02032،5 & # x02032-pyrophosphate (حق). (ب) منتج قليل القسيمات نموذجي ناتج عن التكثيف الكيميائي لأحاديات النيوكليوتيدات المنشطة.

ما هي أنواع المحفزات المعقولة من الناحية الحيوية التي قد تؤدي إلى إنتاج أليغنوكليوتيدات مرتبطة بـ 3 & # x02032،5 & # x02032 مباشرة من نوكليوزيد 5 & # x02032-فوسفوريميدازوليدات أو نيوكليوتيدات أخرى نشطة؟ من غير المحتمل ، ولكن ليس من المستحيل ، أن أيون فلزي أو محفز قاعدي بسيط سيوفر خصوصية نسبية كافية. أكثر الفرضيات الأخرى جاذبية هي أن الامتصاص على سطح معين من المعدن قد يوجه النوكليوتيدات المنشطة بشكل صارم وبالتالي يحفز تفاعلًا شديد الخصوصية.

يوفر عمل Ferris وزملاؤه دعمًا لهذه الفرضية (Ferris et al. 2004 Ferris 2006). لقد درسوا قلة القلة للنيوكليوزيد 5 & # x02032-phosphorimidazolides والنيوكليوتيدات المنشطة ذات الصلة على مونتموريلونايت المعدني الطيني (Ferris and Ertem 1993 Kawamura and Ferris 1994 Miyakawa and Ferris 2003). بعض عينات المعدن عبارة عن محفزات فعالة ، تعزز تكوين أوليغومرات حتى من المحاليل المخففة لركائز النوكليوتيدات المنشطة. علاوة على ذلك ، يؤثر المعدن بشكل عميق على خصوصية التفاعل. على سبيل المثال ، تعطي عملية oligomerization للأدينوسين 5 & # x02032-phosphorimidazolide في الغالب 3 & # x02032،5 & # x02032 المنتجات المرتبطة في وجود montmorillonite ، ولكن في الغالب 2 & # x02032،5 & # x02032- المنتجات المرتبطة في محلول مائي 1996 Kawamura and Ferris 1999). بمجرد تصنيع الأوليغومرات القصيرة ، يمكن تمديدها بشكل أكبر عن طريق امتصاصها إما على المونتموريلونيت أو الهيدروكسيلاباتيت وإضافة المونومرات المنشطة بشكل متكرر ، مما يؤدي إلى تراكم أوليجوادنيلات مرتبطة بـ 3 & # x02032،5 & # x02032 حتى 40 & # x0201350 في الطول (Ferris et al. 1996 Ferris 2002). ومع ذلك ، حتى عندما يتم امتصاصه على المونتموريلونيت ، فإن الفوسفوريميدازوليدات في نيوكليوسيدات البيريميدين تنتج أوليغومرات في الغالب 2 & # x02032،5 & # x02032.

كما تم الحصول على أوليغومرات طويلة من المونومرات في خطوة واحدة باستخدام نيوكليوتيد منشط مختلف يتم فيه استبدال إيميدازول بـ 1-ميثيل أدينين (Prabahar and Ferris 1997 Huang and Ferris 2003).باستخدام مشتق 1-methyl-adenine من adenylate أو uridylate ، تم إنتاج أوليغومرات تحتوي على ما يصل إلى 40 وحدة فرعية ، تتكون من & # x0223c75٪ 3 & # x02032،5 & # x02032-linkages لـ oligoadenylate و & # x0223c60٪ 3 & # x02032،5 & # روابط x02032 لـ oligouridylate (Huang and Ferris 2006). كانت قلة القلة لمشتق 1-ميثيل الأدينين من الجوانيلات أو السيتيدات أقل كفاءة ، ولكن يمكن دمج جميع المونومرات الأربعة المنشطة ، إلى حد متواضع على الأقل ، داخل أليغنوكليوتيدات مخلقة بطريقة غير حيوية.

يشير التحليل التفصيلي لهذا العمل على التحفيز بواسطة المونتموريلونيت إلى أن قلة القلة تحدث في عدد محدود من المواقع النشطة المحددة هيكليًا داخل الطبقات البينية للطين (Wang and Ferris 2001). يجب ألا تكون هذه المواقع مشبعة بأيونات الصوديوم ، والتي يبدو أنها تمنع وصول النيوكليوتيدات المنشطة (جوشي وآخرون ، 2009). أثبتت عدة عينات مختلفة من المونتموريلونايت أنها محفزات جيدة ، ويعتمد ذلك جزئيًا على محتوى البروتون مقابل أيون الصوديوم. سيكون من المهم تحديد ما إذا كانت هناك أنواع أخرى من المعادن التي تعتبر محفزات فعالة نسبيًا لتخليق قليل النوكليوتيد ، وإذا كان الأمر كذلك ، لدراسة التماثل والتعميم المتسلسل للتفاعلات التي تحفزها.

2.2. النسخ المتماثل غير الأنزيمي من الحمض النووي الريبي

إذا كانت هناك آلية على الأرض البدائية لبلمرة النيوكليوتيدات المنشطة ، فستنتج مزيجًا معقدًا من أوليغنوكليوتيدات المنتج التي تختلف في الطول والتسلسل. كانت المرحلة التالية في ظهور عالم الحمض النووي الريبي هي تكرار بعض هذه الجزيئات ، بحيث يمكن أن تبدأ عملية مكافئة للانتقاء الطبيعي. رد الفعل المركزي لتكاثر الأحماض النووية هو تخليق موجه بالقالب ، أي تخليق قليل النوكليوتيد التكميلي تحت إشراف قليل النوكليوتيد الموجود مسبقًا. تم بالفعل تنفيذ قدر كبير من العمل على هذا الجانب من التكرار غير الأنزيمي. تمت مراجعة هذا العمل في مكان آخر (Joyce 1987 Orgel 2004a) ، لذلك سيتم تقديم ملخص فقط للنتائج هنا.

الاستنتاج الرئيسي الأول هو أن معظم النيوكليوتيدات النشطة لا تخضع لتفاعلات فعالة ومحددة التنظيم وموجهة للقالب في وجود قالب الحمض النووي الريبي أو الحمض النووي. بشكل عام ، تنجح نسبة صغيرة فقط من جزيئات القالب في توجيه توليف تكملة كاملة ، وعادةً ما يحتوي المكمل على مزيج من روابط 2 & # x02032،5 & # x02032- و 3 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester. بعد بحث كبير ، تم العثور على مجموعة من النيوكليوتيدات المنشطة التي تخضع لتفاعلات موجهة بالقالب فعالة وذات خصوصية عالية. من خلال العمل مع guanosine 5 & # x02032-phospho-2-methylimidazolide (2-MeImpG) ، تبين أن بولي (C) يمكنه توجيه تخليق الأوليجو (G) s في تفاعل عالي الكفاءة وشديد الخصوصية (Inoue و Orgel 1981). إذا تم تحضين poly (C) بمزيج متساوي المولي من أربعة 2-MeImpنس (ن = G أو A أو C أو U) ، يتكون أقل من 1٪ من المنتج من نيوكليوتيدات غير مكملة (Inoue and Orgel 1982). اقترحت التجارب اللاحقة أن هذا والتفاعلات ذات الصلة التي تمت مناقشتها لاحقًا تحدث بشكل تفضيلي في سياق الحلزونات المزدوجة التي لها هيكل يشبه شكل A من الحمض النووي الريبي (Kurz وآخرون ، 1997 ، 1998 Kozlov وآخرون ، 1999 ، 2000).

يمكن استخدام البوليمرات العشوائية التي تحتوي على فائض من مخلفات C لتوجيه تركيب المنتجات التي تحتوي على G ومكملات القواعد الأخرى الموجودة في النموذج (Inoue and Orgel 1983). التفاعل مع قالب بولي (C ، G) مثير للاهتمام بشكل خاص لأن المنتجات ، مثل القالب ، تتكون بالكامل من بقايا C و G. إذا كان من الممكن استخدام هذه المنتجات بدورها كقوالب ، فقد تسمح بظهور تسلسل ذاتي النسخ. ومع ذلك ، فإن التكرار الذاتي غير محتمل ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن جزيئات بولي (C ، G) التي لا تحتوي على فائض من بقايا C تميل إلى تكوين هياكل ذاتية مستقرة تمنعها من العمل كقوالب (جويس وأورجيل 1986). تتكون الهياكل الذاتية من نوعين: (1) نوع Watson-Crick القياسي بناءً على أزواج C & # x02022G ، و (2) هيكل رباعي الذي ينتج عن ارتباط أربعة متواليات G-rich. نتيجة لذلك ، فإن أي قليل النوكليوتيد غني بـ C والذي يمكن أن يكون بمثابة قالب جيد سوف يؤدي إلى ظهور منتجات تكميلية غنية بالـ G تميل إلى أن تكون مقفلة في هيكل ذاتي وبالتالي لا يمكن أن تعمل كقوالب. يعد التغلب على مشكلة البنية الذاتية باستخدام النيوكليوتيدات القياسية C و G أمرًا صعبًا للغاية لأنه يتطلب اكتشاف الظروف التي تفضل ارتباط أحاديات النيوكليوتيدات للسماح بحدوث التوليف الموجه بالقالب ، ولكن قمع تكوين مناطق الازدواج الطويلة التي من شأنها استبعاد التنشيط مونومرات من النموذج.

تم إحراز بعض التقدم في اكتشاف قوالب التسلسل المحدد التي يتم نسخها بأمانة لإنتاج منتجات تكميلية (Inoue et al. 1984 Acevedo and Orgel 1987 Wu and Orgel 1992a). تحتوي القوالب الناجحة عادةً على فائض من مخلفات C ، مع عزل بقايا A و U عن بعضها البعض بواسطة ثلاثة بقايا C على الأقل. يتم نسخ مجموعات من بقايا G إلى مجموعات من بقايا C ، طالما يمكن تجنب تكوين الهياكل الذاتية بواسطة بقايا G (Wu and Orgel 1992b). في ضوء الأدلة المتاحة ، يبدو من غير المحتمل العثور على زوج من المتواليات التكميلية ، كل منها يسهل تخليق الآخر باستخدام nucleoside 5 & # x02032-phospho-2-methylimidazolides كركائز. قد تُعزى بعض العوائق التي تعترض التكرار الذاتي إلى اختيار الكواشف وظروف التفاعل ، ولكن يبدو أن البعض الآخر جوهري في التكثيف الموجه للقالب لأحادي النيوكليوتيدات المنشطة.

يتضمن مخطط النسخ المتماثل غير الأنزيمي ذي الصلة التوليف عن طريق ربط أوليغومرات قصيرة مرتبطة 3 & # x02032،5 & # x02032 (James and Ellington 1999). هذا بالتأكيد احتمال جذاب ، أصبح أكثر منطقية من خلال اكتشاف التفاعلات المحفزة الريبوزيم المماثلة (Bartel and Szostak 1993) ، لكنها تواجه عقبتين رئيسيتين. الأول هو صعوبة الحصول على الركائز في المقام الأول. والثاني يتعلق بالإخلاص. أزواج قليل النوكليوتيدات التي تحتوي على قاعدة واحدة غير متطابقة ، خاصة إذا كان عدم التطابق يشكل زوجًا متمايلًا G & # x02022U ، لا يزال يتم تهجينه بكفاءة مثل أوليغومرات التكميلية الكاملة ، إلا في نطاق درجة حرارة قريب جدًا من نقطة الانصهار للهيكل المقترن تمامًا. لذلك سيكون الحفاظ على الدقة أمرًا صعبًا في ظل أي نظام درجة حرارة معقول.

على الرغم من هذه المشاكل ، قد يكون الربط الموجه بالقالب للأوليغنوكليوتيدات القصيرة بديلاً قابلاً للتطبيق لقلة قلة المونومرات المنشطة. يشير عمل فيريس الذي تمت مناقشته أعلاه إلى أنه في الغالب 3 & # x02032،5 & # x02032 قد تتشكل أوليغنوكليوتيدات مرتبطة بشكل تلقائي من النيوكليوتيدات المنشطة على بعض أنواع المونتموريلونايت (Ferris et al. 1996) أو على بعض المعادن الأخرى. يخضع Oligonucleotide 5 & # x02032-triphosphates ببطء ولكن بشكل ملحوظ 3 & # x02032،5 & # x02032-regiospecific ligment في وجود قالب تكميلي (Rohatgi et al. 1996a، b). قد يوفر الجمع بين بعض هذه الأزواج من التفاعلات مخطط تكرار للعديد من النيوكليوتيدات بدءًا من مدخلات المونومرات المنشطة.

هناك أيضًا جهود في ما يُطلق عليه أحيانًا & # x0201csynthetic biology & # x0201d لتحقيق تكاثر غير إنزيمي بجزيئات تشبه الأحماض النووية البيولوجية ، ولكن لا تقيدها اعتبارات كيمياء ما قبل حيوية معقولة. على سبيل المثال ، يمكن استبدال مجموعتي هيدروكسيل 2 & # x02032- و 3 & # x02032-hydroxyl من أحاديات النيوكليوتيدات المنشطة بمجموعة أمينية في أي من الموضعين ، مما يوفر محبة النواة المحسنة وينتج عن أوليجوميراتيزيون سريع يعتمد على القالب (ومستقل عن القالب) (Lohrmann and Orgel 1976 Zielinski and Orgel 1985). مكعبات بناء ثنائي النوكليوتيد ، تتكون من 3 & # x02032-amino ، 3 & # x02032-deoxynucleotide يمكن أيضًا أن يتم تقطيعها في وجود عامل تكثيف مناسب (Zielinski و Orgel 1987). مع تعديل إضافي لقواعد النوكليوتيدات ، كان من الممكن إجراء النسخ الموجه بالقالب لتسلسلات الحمض النووي التي تحتوي على جميع القواعد الأربعة (Schrum et al. 2009). هذه الجهود ، على الرغم من عدم شرح أصل RNA World ، تساهم في فهم التحديات الكيميائية التي يجب التغلب عليها في تحقيق التكرار غير الأنزيمي للحمض النووي الريبي.

2.3 أول نسخة طبق الأصل من الحمض النووي الريبي

تركز فكرة عالم RNA على جزيء RNA الذي يحفز استنساخه. يجب أن يعمل هذا الجزيء كبوليميراز RNA يعتمد على RNA ، ويعمل على نفسه (أو نسخ منه) لإنتاج RNAs مكمل ، ويعمل على RNAs التكميلية لإنتاج نسخ إضافية من نفسه. يجب أن تكون كفاءة ودقة هذه العملية كافية لإنتاج جزيئات RNA قابلة للحياة & # x0201cprogeny & # x0201d بمعدل يتجاوز معدل تحلل & # x0201cparents. & # x0201d فيما وراء هذه المتطلبات ، تفاصيل عملية النسخ ليست كذلك مقيد للغاية.

تفترض النظرة الأولى للحمض النووي الريبي لأصل الحياة أن الإمداد بالنيوكليوتيدات النشطة & # x000df-d كان متاحًا من قبل بعض العمليات اللاأحيائية غير المعترف بها بعد. علاوة على ذلك ، فإنه يفترض وجود وسيلة لتحويل النيوكليوتيدات المنشطة إلى مجموعة من متعدد النيوكليوتيدات ذات التسلسل العشوائي ، والتي تمتلك مجموعة فرعية منها القدرة على التكاثر. يبدو أن النموذج ضمنيًا أن مثل هذه البولينيوكليوتيدات تكرر نفسها ، ولكن لأي سبب من الأسباب ، لا تكرر الجيران غير المرتبطين بها. ليس من الواضح ما إذا كان التكاثر ينطوي على جزيء واحد ينسخ نفسه (ومكمله) أو عائلة من الجزيئات التي تنسخ بعضها معًا. يتم وضع هذه الأسئلة جانبًا في الوقت الحالي من أجل النظر أولاً في مسألة ما إذا كان جزيء الحمض النووي الريبي ذي الطول القصير بشكل معقول يمكن أن يحفز استنساخه بدقة عالية بدرجة كافية.

الدقة والبقاء

تم تقديم مفهوم عتبة الخطأ ، أي الحد الأعلى لتكرار أخطاء النسخ التي يمكن تحملها بواسطة الجزيء الكبير المتماثل ، لأول مرة بواسطة Eigen (1971). تم توسيع هذه الفكرة المهمة في سلسلة من الأوراق العلمية المعقدة رياضياً بواسطة مكاسكيل وشوستر وآخرين (McCaskill 1984a Eigen et al. 1988 Schuster and Swetina 1988). هنا فقط موجز مختصر للموضوع.

يتصور نموذج إيجن (1971) مجموعة من عديد النيوكليوتيدات المتماثلة التي تعتمد على إمداد محدود من أحادي النوكليوتيدات المنشطة لإنتاج نسخ إضافية من نفسها. في هذا النموذج ، يتناسب معدل تخليق نسخ جديدة من RNA متماثل معين مع تركيزه ، مما يؤدي إلى نمو التحفيز الذاتي. المعدل الصافي للإنتاج هو الفرق بين معدل تكوين النسخ الخالية من الأخطاء ومعدل تحلل النسخ الموجودة من الحمض النووي الريبي. لكي يتفوق الحمض النووي الريبي المفيد على منافسيه ، يجب أن يتجاوز صافي معدل إنتاجه متوسط ​​معدل إنتاج جميع الحمض النووي الريبي الآخر في السكان. تساهم فقط النسخ الخالية من الأخطاء من الحمض النووي الريبي المفيد في معدل إنتاجه الصافي ، لكن جميع نسخ الحمض النووي الريبي الأخرى تساهم في إنتاجها الجماعي. وبالتالي فإن الميزة النسبية التي يتمتع بها الفرد المتميز مقارنة ببقية السكان (يشار إليها غالبًا باسم & # x0201csuperiority & # x0201d للفرد المستفيد) يجب أن تتجاوز احتمال إنتاج نسخة خطأ من ذلك الفرد المفيد.

يتم تحديد نسبة نسخ الحمض النووي الريبي الخالية من الأخطاء من خلال دقة تفاعلات تكثيف المكون المطلوبة لإنتاج نسخة كاملة. من أجل التبسيط ، ضع في اعتبارك RNA ذاتي التكرار الذي يتكون من ن تفاعلات التكثيف ، كل منها يعني الإخلاص ف. يتم إعطاء احتمالية الحصول على نسخة خالية تمامًا من الأخطاء بواسطة ف ن ، وهو نتاج دقة تفاعلات تكثيف المكون. إذا كان للفرد المفيد أن يتفوق على منافسيه ، ف ن يجب أن يتجاوز التفوق ، سمن ذلك الفرد. معبراً عنه من حيث عدد التفاعلات المطلوبة لإنتاج الفرد المفيد ،

ل س & # x0003e 1 و ف & # x0003e 0.9 ، يتم تبسيط هذه المعادلة إلى

هذا هو & # x0201c Error عتبة & # x0201d الذي يصف العلاقة العكسية بين دقة النسخ المتماثل ، ف، والعدد الأقصى المسموح به من تفاعلات تكثيف المكونات ، ن. يعتبر العدد الأقصى من تفاعلات المكونات حساسًا للغاية لدقة النسخ المتماثل ، ولكنه يعتمد بشكل ضعيف فقط على تفوق الفرد المستفيد. بالنسبة للحمض النووي الريبي (RNA) ذاتي التكرار الذي يتكون من التكثيف الموجه بالقالب لأحاديات النيوكليوتيدات المنشط ، ما مجموعه 2ن & # x02013 2 تفاعلات التكثيف مطلوبة لإنتاج نسخة كاملة. هذا يأخذ في الاعتبار توليف كل من الخيط التكميلي والمكمل.

يجب أن ندرك أنه لا يمكن الحفاظ على التفوق الملحوظ لتسلسل واحد على جميع التسلسلات الأخرى على مدار الوقت التطوري لأن متغيرات جديدة ستظهر قريبًا لتحدي الأنواع السائدة. ومع ذلك ، قد يكون التفوق الأولي الملحوظ مهمًا في السماح لـ RNA فعال ذاتي التكرار بالخروج من مجموعة من النسخ المتماثلة الأقل كفاءة. في حالة عدم وجود مُضاعِفات فعالة أخرى ، قد يكتسب الحمض النووي الريبي البدائي الذاتي التكاثر والذي يعمل بدقة منخفضة موطئ قدم من خلال الاستفادة من عتبة خطأ أقل صرامة إلى حد ما. يعتمد ما إذا كان هذا يمكن أن يحدث أم لا على تفوقها. على سبيل المثال ، الحمض النووي الريبي الذي ينسخ 10 أضعاف كفاءة أكثر من منافسيه ويفعل ذلك بدقة 90٪ لا يمكن أن يكون أكثر من 12 نيوكليوتيد ، كما أن الحمض النووي الريبي المفيد الذي يتكاثر بدقة 70٪ لا يمكن أن يكون أطول من أربعة نيوكليوتيدات. يبدو من غير المحتمل للغاية من أي من بين 17 مليونًا من الـ dodecamers المحتملة للحمض النووي الريبي قادرة على تحفيز النسخ المتماثل الخاص بها بدقة تصل إلى 90٪ ، وحتى أقل احتمالًا أن يحفز رباعي النوكليوتيد تكاثره بدقة 70٪. ومع ذلك ، فإن الحمض النووي الريبي الذي يكرر 10 6 أضعاف بكفاءة أكبر من منافسيه ويفعل ذلك بدقة تصل إلى 90٪ يمكن أن يصل إلى 67 نيوكليوتيد ، ويمكن أن يصل طوله الذي يتكاثر بدقة 70٪ إلى 20 نيوكليوتيد.

عندما يتم إنشاء التكرار الذاتي لأول مرة ، من المحتمل أن تكون الدقة ضعيفة وهناك ضغط اختيار قوي لصالح تحسين الإخلاص. مع تحسن الإخلاص ، يمكن الحفاظ على جينوم أكبر. يسمح هذا باستكشاف عدد أكبر من التسلسلات المحتملة ، والتي قد يؤدي بعضها إلى مزيد من التحسين في الدقة ، والذي بدوره يسمح بحجم أكبر للجينوم ، وما إلى ذلك. بمجرد أن يصل السكان المتطورون إلى دقة تبلغ حوالي 99 ٪ ، يمكن الحفاظ على طول جينوم يبلغ حوالي 100 نيوكليوتيد ، حتى بالنسبة لقيم التفوق المتواضعة. هذا من شأنه أن يسمح للحياة القائمة على الحمض النووي الريبي أن تصبح راسخة. حتى ذلك الوقت ، كان الأمر بمثابة سباق بين التحسين التطوري في سياق نظام التكرار الذاتي القذر وخطر إلغاء تحديد المعلومات الجينية بسبب تجاوز عتبة الخطأ. إذا كان الوقت اللازم للتمهيد إلى الدقة العالية والجينومات الكبيرة طويلًا جدًا ، فهناك خطر من أن يستسلم السكان لكارثة بيئية قبل أن تتاح لهم الفرصة لتطوير التدابير المضادة المناسبة.

من الصعب أن نذكر على وجه اليقين الحد الأدنى للحجم الممكن لريبوزيم ريبوزيم RNA. الحمض النووي الريبي يتكون من عنصر هيكلي ثانوي واحد ، أي حلقة جذعية صغيرة تحتوي على 12 & # x0201317 نيوكليوتيدات ، لا يُتوقع أن يكون لها نشاط متماثل ، في حين أن حلقة جذعية مزدوجة ، ربما تشكل هيكل & # x0201cdumbbell & # x0201d أو عقدة كاذبة ، قد تكون قادرة فقط على مستوى منخفض من النشاط. يوفر الهيكل ذو الحلقة الجذعية الثلاثية ، والذي يحتوي على 40 & # x0201360 نيوكليوتيدات ، أملاً معقولاً للعمل كنسخة ريبوزيم متماثلة. يمكن للمرء ، على سبيل المثال ، تخيل جزيء يتكون من عقدة كاذبة وحلقة جذعية متدلية تشكل شقًا للنسخ المعتمد على القالب.

لنفترض أن هناك 40 مير تتمتع بتفوق 10 3 أضعاف وتتكرر بدقة 90٪. يجب اعتبار هذا وجهة نظر متفائلة للغاية ولكنها ليست شائنة لما هو ممكن للحد الأدنى من الريبوزيم المتماثل. هل من المتوقع أن يحدث مثل هذا الجزيء ضمن مجموعة من الحمض النووي الريبي المتسلسل العشوائي؟ مكتبة كاملة تتكون من نسخة واحدة من كل 10 24 ميكرون 40 يزن حوالي 1 كجم. قد يكون هناك العديد من هذه النماذج الأربعين ، التي تشمل كلًا من الزخارف الهيكلية المتميزة ، والأهم من ذلك ، عددًا كبيرًا من التمثيلات المكافئة لكل نموذج. نتيجة لذلك ، حتى جزء صغير من المكتبة الإجمالية ، الذي يتكون ربما من 10 20 تسلسلًا ويزن حوالي 1 جرام ، قد يُتوقع أن يحتوي على الأقل على RNA واحد ذاتي التكرار مع الخصائص المطلوبة. ومع ذلك ، لا يكفي أن تكون هناك نسخة واحدة فقط من الحمض النووي الريبي المتكاثر ذاتيًا. تفترض الحسابات المذكورة أعلاه أن الحمض النووي الريبي الذي يتكاثر ذاتيًا يمكنه نسخ نفسه (أو أن تسلسلًا مكملًا بالكامل متاحًا تلقائيًا ، كما سيتم مناقشته لاحقًا). إذا كانت هناك حاجة إلى نسختين أو أكثر من نفس الحمض النووي الريبي 40mer ، فستكون هناك حاجة إلى مكتبة أكبر بكثير ، تتكون من 10 48 RNAs ويزن 10 28 جم. هذا المقدار يمكن مقارنته بكتلة الأرض.

للوهلة الأولى ، قد يبدو أن إحدى طرق تخفيف عتبة الخطأ هي أن يقبل الريبوزيم المتماثل ثنائي النوكليوتيد أو ركائز ثلاثي النوكليوتيد ، بحيث يمكن تكوين نسخ من الحمض النووي الريبي من خلال تفاعلات تكثيف أقل. تظهر الحسابات أنه ، على مدى واسع من قيم التفوق ، فإن RNAs المطلوبة للتكرار بدقة 90 ٪ عند استخدام ركائز أحادي النوكليوتيد ستكون مطلوبة للتكرار بدقة 80 ٪ تقريبًا عند استخدام ركائز ثنائية النوكليوتيد أو ما يقرب من 70 ٪ دقة عند استخدام ركائز ثلاثي النوكليوتيد. وبالتالي فإن استخدام أوليغومرات قصيرة لا تقدم سوى ميزة متواضعة بسبب تقليل عتبة الخطأ ، والتي من المحتمل أن تفوقها الصعوبة الأكبر في تحقيق الدقة العالية عند التمييز بين 16 من النوكليوتيدات المحتملة أو 64 ركيزة ثلاثية النوكليوتيد المحتملة ، وليس بين الأربعة. أحادي النوكليوتيدات.

إذا قبل المرء وجهة النظر الأولى من الحمض النووي الريبي (RNA) بأن هناك تجمعًا أوليًا حيويًا من الحمض النووي الريبي المتسلسل العشوائي ، وإذا افترض المرء أن المجموعة تحتوي على ريبوزيم مكرر يحتوي ، على سبيل المثال ، على 40 نيوكليوتيد وتنسخ نفسها بدقة تصل إلى 90٪ ، فهذا ليس صحيحًا. من الصعب تخيل كيف يمكن أن يبدأ التطور القائم على الحمض النووي الريبي. خلال الفترة الأولية ، كان من الممكن أن يتوسع الاستنساخ الناجح في غياب المنافسة. مع اشتداد المنافسة على الركائز ، كان من الممكن أن يتبع سلسلة متعاقبة من الأفراد الأكثر فائدة بشكل متزايد ، كل منهم يتكرر ضمن عتبة الخطأ الخاصة به. بعد فترة من المنافسة الشديدة ، كان من الممكن استبدال الأنواع الأكثر فائدة بـ & # x0201cquasispecies ، & # x0201d ، أي مزيج من الأفراد الأكثر فائدة والكميات الكبيرة من الأفراد المرتبطين ارتباطًا وثيقًا الذين يتكاثرون تقريبًا بنفس السرعة وتقريباً بإخلاص باعتباره الأكثر فائدة (Eigen and Schuster 1977 Eigen et al. 1988).في ظل هذه الظروف ، لم يعد استمرار وجود فرد معين هو المشكلة ، ولكن يجب على المرء أن يفهم تطور تكوين أشباه الأنواع وشروط استمرارها. تم حل هذه المشكلة الصعبة جزئيًا بواسطة مكاسكيل (1984 ب). الشكل العام للحل مشابه جدًا لعتبة الخطأ التي وصفها Eigen (1971) ، ولكن بقيم مختلفة للثابت في المتباينة. وبالتالي ، تنطبق المخاوف بشأن عتبة الخطأ على أشباه الأنواع وكذلك على خلافة الأفراد. من الناحية العملية ، ومع ذلك ، بمجرد ظهور توزيع أشباه الأنواع للنسخ المتماثلة المتطورة ، كان عالم الحمض النووي الريبي (RNA World) على أسس صلبة ، وما لم تحدث كارثة بيئية ، فمن غير المرجح أن يفقد القدرة على الحفاظ على المعلومات الجينية بمرور الوقت.

مفارقة أخرى بين الدجاج والبيض

لقد حاولت المناقشة السابقة بقوة تقديم وجهة النظر الأكثر تفاؤلاً لظهور ريبوزيم RNA مكرر من حساء من عديد النوكليوتيدات ذات التسلسل العشوائي. ومع ذلك ، يجب الاعتراف بأن هذا النموذج لا يبدو معقولاً للغاية. ركزت المناقشة على رجل القش: أسطورة جزيء RNA صغير ينشأ من جديد ويمكن أن يتكاثر بكفاءة وبدقة عالية في ظل ظروف ما قبل حيوية معقولة. ليس هذا المفهوم غير واقعي فقط في ضوء الفهم الحالي لكيمياء البريبايوتك (جويس 2002) ، ولكن يجب أن يجهد مصداقية حتى وجهة نظر المتفائل حول الإمكانات التحفيزية للحمض النووي الريبي. إذا كنت تشك في ذلك ، اسأل نفسك عما إذا كنت تعتقد أن ريبوزيم مكرر سينشأ في محلول يحتوي على نيوكليوزيد 5 & # x02032-ثنائي الفوسفات وفوسفوريلاز متعدد النوكليوتيد!

إذا قبل المرء فكرة عالم RNA ، فسيواجه معضلة كيفية ظهور مثل هذا النظام الجيني. إن القول بأن فرضية RNA World & # x0201cs تحل التناقض بين الدجاجة والبيضة & # x0201d صحيح إذا كان المرء يعني أن الحمض النووي الريبي يمكن أن يعمل كجزيء وراثي وكمحفز يعزز تكاثره. يوفر تكرار الحمض النووي الريبي المحفز بالـ RNA أساسًا كيميائيًا للتطور الدارويني بناءً على الانتقاء الطبيعي. التطور الدارويني هو وسيلة قوية للبحث بين أعداد هائلة من الحلول المحتملة لتلك التي تعالج مشكلة معينة بشكل أفضل. على سبيل المثال ، يمكن استخدام الاختيار المستند إلى النسخ المتماثل غير الفعال للحمض النووي الريبي للبحث بين مجموعة من جزيئات الحمض النووي الريبي للأفراد الذين يعززون تكرار الحمض النووي الريبي المحسن. ولكن هنا يواجه المرء مفارقة أخرى تتعلق بالدجاجة والبيضة: بدون التطور يبدو من غير المحتمل ظهور ريبوزيم ذاتي التكاثر ، ولكن بدون شكل من أشكال التكاثر الذاتي ، لا توجد طريقة لإجراء بحث تطوري عن الذات البدائية الأولى. تكرار الريبوزيم.

قد تكون إحدى الطرق التي قد يبدأ بها تطور الحمض النووي الريبي (RNA) دون مساعدة محفز متطور هي استخدام التركيب غير الأنزيمي الموجه بالقالب للسماح ببعض نسخ الحمض النووي الريبي قبل ظهور أول ريبوزيم مكرر. لنفترض أن المجموعة الأولية من المونومرات لم يتم إنتاجها عن طريق البلمرة المشتركة العشوائية ، ولكن بالأحرى عن طريق سلسلة من التفاعلات غير المصنفة والقوالب (الشكل 2) ، وافترض أيضًا أنه يمكن تكرار أعضاء المجموعة الأولية لبنى حلقة جذعية متعددة ، وإن كان ذلك بطريقة غير فعالة ، من خلال العملية الموجهة بالقالب. هذا من شأنه أن يكون له نتيجتان مهمتان. أولاً ، من المرجح أن يجد أي جزيء له وظيفة النسخ المتماثل التي ظهرت في الخليط جزيئات مماثلة ومكملاتها في جواره ، مرتبطة بالنسب ، وبالتالي يلغي الحاجة إلى لقاء نسختين متماثلتين غير مرتبطين. ثانيًا ، ستحتوي غالبية الجزيئات في الخليط على هياكل حلقة جذعية. إذا كان صحيحًا أن وظيفة الريبوزيم مفضلة من خلال البنية الذاتية المستقرة ، وإذا كانت التسلسلات الأساسية للسيقان في هياكل الحلقة الجذعية غير مهمة نسبيًا للوظيفة ، فقد يوفر هذا النموذج طريقة اقتصادية لتوليد مجموعة صغيرة نسبيًا من التسلسلات المخصب بالتسلسلات الحفزية.

التوليف غير الأنزيمي للهياكل متعددة الحلقات الجذعية نتيجة للتفاعلات غير المصطنعة (رأس السهم المفتوح) والتفاعلات النموذجية (رأس السهم المملوء). يُفترض أن يحدث التوليف الموجه بالقالب سريعًا عندما يتوفر قالب ومونومرات نشطة وبادئة مناسبة. بمجرد اكتمال الخصلة التكميلية ، تتم إضافة المخلفات الإضافية ببطء بطريقة تسلسل عشوائي.

ما مدى معقولية الافتراض القائل بأن النسخ المتماثلة يمكن أن تعمل على تسلسلات مشابهة لها ، بينما تتجاهل التسلسلات غير ذات الصلة؟ يمكن ضمان هذه الانتقائية عن طريق فصل الجزيئات الفردية (أو الخطوط النسيليّة) على سطح الحبيبات المعدنية ، أو على سطح المذيلات ، أو داخل الأغشية. يمكن فصل الجزيئات وثيقة الصلة كمجموعة من خلال تفاعلات محددة للرابطة الهيدروجينية (العائلة التي تلتصق ببعضها البعض ، تتكاثر معًا). بالنسبة لأي آلية فصل ، قد ينتج عن الاختيار الضعيف إذا كانت جزيئات النسخ متناثرة بشكل كافٍ بحيث يكون الانتشار على مسافة بين الجزيئات بطيئًا مقارنةً بالنسخ المتماثل. أظهرت عمليات المحاكاة الحاسوبية أنه في ظل ظروف الفصل هذه ، يمكن أن يحدث التمهيد التطوري ، مما ينتج عنه جينومات أكبر تدريجيًا يتم نسخها بإخلاص أكبر تدريجيًا (Szab & # x000f3 et al.2002). بدلاً من ذلك ، يمكن تلبية متطلبات النسخ المتماثل للتسلسلات ذات الصلة ، ولكن ليست غير ذات صلة ، من خلال استخدام & # x0201cgenomic العلامات & # x0201d (Weiner and Maizels 1987). من بين متواليات التكرار الذاتي ، من المعقول أن يقتصر بعضها على نسخ الجزيئات بتسلسل لاحق 3 & # x02032. إن المكرر الذي حدث بالصدفة يحمل تسلسلًا طرفيًا يطابق تفضيل موقعه النشط سوف يكرر نفسه بينما يتجاهل جيرانه.

حل آخر للمفارقة حول كيفية بدء تطور الحمض النووي الريبي بدون مساعدة الريبوزيم المتطور هو التخلي عن النظرة الأولى للحمض النووي الريبي لأصل الحياة وافتراض أن الحمض النووي الريبي كان ليس أول جزيء جيني (Cairns-Smith 1982 Shapiro 1984 Joyce et al. 1987 Joyce 1989 ، 2002 Orgel 1989 ، 2004a). ربما نشأ تكرار الحمض النووي الريبي في سياق نظام متطور يعتمد على شيء آخر غير الحمض النووي الريبي (انظر القسم & # x0201cAlternative Genetic Systems & # x0201d). حتى لو كان هذا صحيحًا ، فإن جميع الحجج المتعلقة بالعلاقة بين دقة التكرار والحد الأقصى المسموح به لطول الجينوم ستظل تنطبق على هذا النظام الجيني السابق. بطبيعة الحال ، فإن التحدي الذي يواجه أولئك الذين يدافعون عن نهج الحمض النووي الريبي اللاحق هو إظهار أن هناك كيانًا إعلاميًا يمكن تصديقه مسبقًا وقادرًا على بدء استنساخه دون مساعدة محفز متطور.

2.4 وظيفة النسخ المتماثل في عالم RNA المتطور

على الرغم من أنه من الصعب تحديد كيفية نشوء أول ريبوزيم ريبوزيم RNA ، فليس من الصعب تخيل كيف سيعمل هذا الجزيء بمجرد تطويره. قد تتضمن كيمياء تكرار الحمض النووي الريبي البلمرة الموجهة بالقالب لأوليغنوكليوتيدات أحادية أو قصيرة ، باستخدام الكيمياء بعدة طرق مشابهة لتلك المستخدمة من قبل ريبوزيمات المجموعة الأولى المعاصرة (Cech 1986 Been and Cech 1988 Doudna and Szostak 1989). يتمثل أحد الاختلافات المهمة في أنه ، على عكس المجموعة الأولى من الريبوزيمات ، التي تعتمد على مجموعة تاركة من النيوكليوزيد أو قليل النوكليوتيد ، من المرجح أن تستفيد نسخة RNA المتماثلة من مجموعة مغادرة مختلفة توفر قوة دافعة كبيرة للبلمرة والتي ، بعد إطلاقها ، تفعل ذلك. لا تتورط في بعض تفاعلات نقل الفوسفويستر المتنافسة.

من Ligases إلى Polymerases

تستمر بلمرة النيوكليوتيدات المنشطة عبر هجوم محب للنواة بواسطة 3 & # x02032-hydroxyl لأوليغنوكليوتيد مرتبط بالقالب في & # x003b1-فسفور لمشتق نوكليوتيد مجاور مرتبط بالقالب (الشكل 3). النيوكليوتيد هو & # x0201cactactive & # x0201d للهجوم من خلال وجود بديل الفوسفوريل ، على سبيل المثال مجموعة الفوسفات ، أو متعدد الفوسفات ، أو ألكوكسيد ، أو إيميدازول. كما تمت مناقشته سابقًا ، فإن البولي فوسفات ، مثل البيروفوسفات غير العضوي ، هي أكثر المرشحين وضوحًا للمجموعة المغادرة. يمكن أن يساعد تفاعل التكثيف من خلال التوجيه الإيجابي للمجموعات المتفاعلة ، ونزع توتر النوكليوفيليك 3 & # x02032-هيدروكسيل ، وتثبيت حالة الانتقال ثلاثي الزوايا-ثنائية الهرمون ، وتحييد الشحنة للمجموعة المغادرة. كل هذه المهام يمكن أن يؤديها RNA (Narlikar and Herschlag 1997 Emilsson et al.2003) ، إما بمفرده (Ortoleva-Donnelly and Strobel 1999) أو بمساعدة كاتيون معدني في موضع مناسب أو عامل مساعد آخر (Shan et al. 1999 شان وآخرون 2001).

هجوم محب للنيوكليوفيلي بواسطة 3 & # x02032-hydroxyl لأوليغنوكليوتيد مرتبط بالقالب (N1& # x02013Nأنا) على & # x003b1-فوسفور أحادي نيوكليوتيد مجاور مرتبط بالقالب (Nأنا + 1). تشير الخطوط المنقطة إلى الاقتران الأساسي بقالب تكميلي. R هي المجموعة المغادرة.

تم توضيح إمكانية وجود ريبوزيم RNA مكرر من خلال العمل الذي يتضمن الريبوزيمات التي تم تطويرها في المختبر من خلال التطور في المختبر (Bartel and Szostak 1993 Ekland et al. 1995 Ekland and Bartel 1996 Robertson and Ellington 1999 Jaeger et آل 1999 Rogers and Joyce 2001 Johnston et al. 2001 McGinness and Joyce 2002 Ikawa et al. 2004 Fujita et al. 2009). بدأ Bartel and Szostak (1993) ، على سبيل المثال ، بعدد كبير من الحمض النووي الريبي المتسلسل العشوائي وطوروا & # x0201cclass I & # x0201d RNA ligase ribozyme ، وهو نسخة محسّنة منها حوالي 100 نيوكليوتيد في الطول وتحفز الانضمام إلى اثنين أليغنوكليوتيدات مرتبطة بالقالب. يحدث التكثيف بين 3 & # x02032-hydroxyl لأحد أليغنوكليوتيد واحد و 5 & # x02032-ثلاثي الفوسفات من آخر ، مما يؤدي إلى تكوين رابط 3 & # x02032،5 & # x02032-phosphodiester وإطلاق بيروفوسفات غير عضوي. يُصنف هذا التفاعل على أنه ارتباط بسبب طبيعة ركائز قليل النوكليوتيد ، ولكنه يتضمن نفس التحول الكيميائي الذي يتم تحفيزه بواسطة إنزيمات بوليميراز RNA الحديثة.

تم تحديد الهياكل البلورية للأشعة السينية لاثنين من ribozymes RNA ligase ، L1 والفئة I ligases المذكورة أعلاه ، مما يوفر لمحة عن الاستراتيجيات الميكانيكية التي يستخدمها هذان الريبوزيمان المتميزان هيكليًا وتطوريًا لتحفيز نفس التفاعل (روبرتسون وسكوت) 2007 Shechner وآخرون 2009) (الشكل 4). يلتقط كلا الهيكلين البلوريين ناتج تفاعل الربط ، وبالتالي يقدمان رؤية غير كاملة لمسار التفاعل. على سبيل المثال ، مجموعة ترك بيروفوسفات غائبة من الهياكل ، لذلك لا يمكن استخلاص استنتاجات فيما يتعلق بالتوجيه المحتمل بمساعدة الريبوزيم لثلاثي الفوسفات التفاعلي أو تحييد الشحنة لمجموعة ترك البيروفوسفات. ومع ذلك ، هناك معلومات تتعلق بالجوانب الأخرى لآلية التفاعل التي يمكن استنتاجها من هياكل المنتج.

هيكل بلوري للأشعة السينية (أ) L1 ligase و (ب) ريبوزيمات الدرجة الأولى. تُظهر الأشكال الداخلية مواقع ربط أيون المغنيسيوم المفترضة عند تقاطعات الربط المعنية. يتم تقديم الهياكل في سلسلة قوس قزح ، مع الطرف 5 & # x02032-ثلاثي الفوسفات من البنفسجي الملون الريبوزيم ونهاية محمل 3 & # x02032-hydroxyl للركيزة الملونة باللون الأحمر. يظهر الفوسفات عند مفترق الربط باللون الأبيض ، ويظهر أيون المغنيسيوم القريب (على غرار الفئة I ligase) على شكل كرة صفراء ، مع خطوط متقطعة تشير إلى اتصالات التنسيق.

يعتمد كل من ligases L1 والفئة I على وجود أيونات المغنيسيوم في نشاطهم. تشتمل السمة البارزة للهيكل L1 (الشكل 4 أ) على أيون معدني مرتبط في الموقع النشط ، منسق بواسطة ثلاثة أكسجين فوسفات غير متقطع ، ينتمي أحدها إلى الفوسفاتيستر المتشكل حديثًا الذي يربط ما كان في الأصل ركيزتين. يتم وضع أيون المغنيسيوم هذا بشكل إيجابي للمساعدة في تحييد الشحنة السالبة المتزايدة لحالة الانتقال ، وربما لتنشيط النوكليوفيل 3 & # x02032-hydroxyl وللمساعدة في توجيه & # x003b1-فوسفات للحصول على محاذاة أكثر أمثل في الخط. في حالة الهيكل من الفئة الأولى (الشكل 4 ب) ، لا يبدو أنه تم الاحتفاظ بأيونات معدنية محفزة بالقرب من الموقع النشط ، على الرغم من ملاحظة أن اثنين من أيونات المغنيسيوم تشارك في التفاعلات الهيكلية الحاسمة التي تساعد في تشكيل الموقع النشط هندسة معمارية. على الرغم من عدم وجود ملاحظة مباشرة لمعدن محفز في الموقع النشط ، إلا أن هناك ما يبدو أنه موقع ربط معدني فارغ يتكون من اثنين من أكسجين الفوسفات غير المتصلين ، يتم وضعهما مباشرة مقابل تقاطع الربط بطريقة مماثلة لتلك التي لوحظت بالنسبة لربط المغنيسيوم موقع L1 ligase ويذكرنا بالترتيب الذي شوهد في بروتين البوليميراز. قد يكون الافتقار إلى معدن في التركيب البلوري مجرد قطعة أثرية من عملية التبلور أو قد يعني تغييرًا تكوينيًا محليًا في المنتج الذي لا يفضل الاحتفاظ بالمعدن المرتبط. تُظهر هذه الهياكل أنه على الرغم من بعض الثغرات المتبقية في الفهم التفصيلي لكيفية عمل هذه الريبوزيمات ، فإن المعلومات المتاحة تشير إلى استراتيجية تحفيزية عالمية ، تشبه إلى حد بعيد تلك المستخدمة من قبل بوليمرات الحمض النووي الريبي الحديثة القائمة على البروتين.

بعد عزله باعتباره ligase ، تبين أن الصنف الأول من الريبوزيم يحفز تفاعل البلمرة حيث يتم استبدال قليل النوكليوتيد الحامل لثلاثي الفوسفات 5 & # x02032 بواحد أو أكثر من NTPs (Ekland and Bartel 1996). يستمر هذا التفاعل بدقة عالية (ف = 0.92) ، لكن معدل التفاعل ينخفض ​​بشكل حاد مع إضافات النوكليوتيدات المتتالية.

أجرى بارتل وزملاؤه مزيدًا من تجارب التطور في المختبر لتحويل الفئة الأولى من ligase إلى بوليميريز RNA حسن النية الذي يعمل على قالب RNA منفصل (Johnston et al. 2001). إلى نهاية 3 & # x02032 من الفئة I ligase ، أضافوا 76 نيوكليوتيد تسلسل عشوائي تم تطويره لتشكيل مجال ملحق يساعد في بلمرة NTPs المرتبطة بالقالب. يكون تفاعل البلمرة قابلاً للتطبيق على مجموعة متنوعة من متواليات القوالب ، وللتسلسلات حسنة التصرف يستمر بمتوسط ​​دقة يبلغ 0.967. سيكون هذا كافيًا لدعم طول جينوم يبلغ حوالي 30 نيوكليوتيد ، على الرغم من أن الريبوزيم نفسه يحتوي على حوالي 190 نيوكليوتيد. يحتوي الريبوزيم على معدل تحفيزي لإضافة NTP لا يقل عن 1.5 دقيقة & # x022121 ، ولكن كم عالية جدًا لدرجة أنه ، حتى في وجود تركيزات ميكرومولار من قليل النوكليوتيدات وتركيزات الملي مولار من NTPs ، فإنها تتطلب حوالي ساعتين لإكمال كل إضافة NTP (Lawrence and Bartel 2003). يعمل الريبوزيم بشكل أفضل في ظل ظروف تركيز Mg 2+ العالي ، ولكنه يتحلل في ظل هذه الظروف على مدار 24 ساعة ، وفي ذلك الوقت لم يضف أكثر من 14 NTPs (Johnston et al. 2001).

أدى التحسين الإضافي لريبوزيم البوليميراز باستخدام تقنيات التطور المختبرية المتطورة للغاية إلى تحسينات إضافية في خصائصه الكيميائية الحيوية. بالاختيار المباشر لتمديد مادة أولية خارجية على قالب منفصل ، تمكن زاهر وأونراو (2007) من تحسين الحد الأقصى لطول البلمرة المعتمدة على القالب إلى & # x0003e20 نيوكليوتيدات ، بمعدل & # x0223cthreefold أسرع من معدل الوالد لإضافات المونومر التسعة الأولى وما يصل إلى 75 ضعفًا للإضافات التي تتجاوز 10 نيوكليوتيدات. بالإضافة إلى ذلك ، على الرغم من عدم التحديد الكمي الدقيق ، فإن الريبوزيم الجديد يعرض دقة محسّنة بشكل كبير ، لا سيما فيما يتعلق بالتمييز ضد أزواج التمايل G & # x02022U. يبدو أن هذه الدقة المحسّنة هي المصدر الأساسي للتحسينات الملحوظة في الحد الأقصى لطول التمديد ومعدل البلمرة.

يمكن أن يعمل ريبوزيم RNA مختلف على قالب RNA منفصل بطريقة عامة إلى حد كبير ، ويقوم بذلك باستخدام كم هذا أقل بمقدار 100 ضعف على الأقل من البوليميراز المشتق من الفئة الأولى (McGinness and Joyce 2002). ومع ذلك ، فإن معدله التحفيزي أقل بكثير أيضًا ، ولا يمكنه إضافة أكثر من NTP واحد. ومع ذلك ، يمكن أن يعمل ريبوزيم RNA ligase آخر على قالب منفصل بمساعدة التفاعلات الثلاثية المصممة التي & # x0201cclamp & # x0201d القالب & # x02013 مجمع الركيزة إلى الريبوزيم (Ikawa et al. 2004). ولكنه أيضًا محفز بطيء نسبيًا ولا يمكنه إضافة أكثر من NTP واحد.

وجهة النظر شديدة التشاؤم هي أنه نظرًا لعدم وجود ريبوزيم بوليميريز معروف يجمع بين جميع الخصائص الضرورية للحفاظ على تكاثره ، فلا يمكن أن يكون مثل هذا الريبوزيم ممكنًا. وجهة نظر أكثر توازناً هي أن RNA قادر بشكل واضح على تسريع البلمرة المعتمدة على القالب للنيوكليوزيد 5 & # x02032-polyphosphates. يمكن أن تعمل هذه الحمض النووي الريبي التحفيزي بطريقة متسلسلة عامة وبإخلاص معقول. يبدو أنها مسألة وقت فقط (وجهد كبير على الأرجح) قبل الحصول على ريبوزيمات بوليميراز أكثر قوة. لم تتح الفرصة للطبيعة لإجراء تجارب تطور مرتبة بعناية باستخدام كواشف عالية النقاء ، ولكنها كانت تتمتع برفاهية أحجام تفاعل أكبر بكثير ووقت أطول بكثير.

نسخ RNA

على الرغم من التقصير في تحقيق الهدف النهائي المتمثل في ريبوزيم RNA متعدد الأغراض ، فقد تم مؤخرًا عرض نظام تفاعل قوي لتكرار RNA المحفز RNA. يستخدم النظام زوجًا من ريبوزيمات ligase المتضاعفة التي يحفز كل منها تكوين الآخر ، باستخدام مزيج من أربعة ركائز قليلة النوكليوتيدات (Lincoln and Joyce 2009). في مخاليط التفاعل التي تحتوي فقط على ركائز RNA هذه ، MgCl2، والمخزن المؤقت ، تؤدي كمية صغيرة من الريبوزيمات إلى ظهور العديد من الريبوزيمات الإضافية من خلال عملية التضخيم الأسي المحفز بالـ RNA. عندما تنضب الركائز ، يمكن إعادة تشغيل عملية النسخ المتماثل واستدامتها إلى أجل غير مسمى عن طريق تجديد إمداد الركائز.

نظرًا لأن الركائز يتم التعرف عليها بواسطة الريبوزيمات من خلال تفاعلات إقران Watson-Crick محددة ، يمكن إجراء تجارب التطور من خلال توفير مجموعة متنوعة من الركائز التي لها تسلسلات مختلفة في مناطق التعرف هذه والتسلسلات المقابلة المختلفة في المجال التحفيزي للريبوزيم. تم إجراء نسخ RNA بمكتبة تضم 144 تركيبة ركيزة محتملة ، مما أدى إلى ظهور مجموعة من النسخ المتماثلة المفيدة للغاية والتي تضمنت المؤتلفات التي لم تكن موجودة في بداية التجربة. حتى ظهور ريبوزيم RNA polymerase للأغراض العامة ، يقدم نظام ligases المتضاعف أفضل منصة لدراسة الخصائص الكيميائية الحيوية والسلوك التطوري لنظام تكاثر كامل الحمض النووي الريبي.

التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات

ربما لا يكون نشاط تكاثر الحمض النووي الريبي هو السلوك التحفيزي الوحيد الذي كان ضروريًا لوجود عالم الحمض النووي الريبي. كان الحفاظ على إمداد كافٍ من النيوكليوتيدات المنشطة الأربعة أولوية قصوى. حتى لو احتوت بيئة البريبايوتك على خزان كبير من هذه المركبات ، فإن الخزان سينضب في النهاية ، وستكون هناك حاجة إلى بعض القدرة على التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات.

تم الحصول على الريبوزيمات ، من خلال التطور في المختبر ، والتي تحفز بعض خطوات التخليق الحيوي للنيوكليوتيدات. على سبيل المثال ، طور Unrau and Bartel (1998) ريبوزيم يحفز التفاعل بين 4-ثيوراسيل و 5-فوسفوريبوسيل-1-بيروفوسفات (PRPP) لتشكيل 4-ثيوريديلات (الشكل 5 أ). يتم توفير 4-thiouracil مجانًا في المحلول ويتم ربط PRPP بنهاية الريبوزيم 3 & # x02032. الشكل الأمثل لهذا الريبوزيم ، الذي يحتوي على 124 نيوكليوتيد ، له معدل مرصود قدره 0.2 دقيقة & # x022121 في وجود 4 ملي مولار 4-ثيوراسيل (Chapple et al. 2003). هذا على الأقل 10 7 مرات أسرع من معدل التفاعل غير المحفز ، وهو بطيء جدًا في القياس. استخدم Unrau وزملاؤه نهجًا مشابهًا لتطوير اثنين من الريبوزيمات المختلفة التي تحفز تكوين 6-thioguanylate من 6-thioguanine و PRPP المربوط (Lau et al. 2004) ، بالإضافة إلى ريبوزيم سينسيز غوانيلات ثالث نشأ كنتيجة غير متوقعة لـ تجربة التطور في المختبر ذات الصلة (Lau and Unrau 2009). إن أول ريبوزيمات سينسيز غوانيلات هما أكبر قليلاً ولديهما كفاءة تحفيزية أعلى مرتين تقريبًا مقارنة مع ريبوزيم يوريديليت سينسيز ، على الرغم من أنه من المتوقع أن يكون لتخليق الغوانيلات معدل تفاعل غير محفز أعلى بكثير.

التفاعلات المعروفة المحفزة بالـ RNA ذات الصلة بالتخليق الحيوي للنيوكليوتيدات. (أ) تكوين 4-ثيوريديليت من 4-ثيوراسيل الحرة و 5-فوسفوريبوسيل-1-بيروفوسفات المربوط بالريبوزيم. (ب) 5 & # x02032-فسفرة قليل النوكليوتيد باستخدام & # x003b3-thio-ATP كمانح للفوسفات. (ج) تفعيل nucleoside 5 & # x02032-phosphate بتكوين رابط 5 & # x02032،5 & # x02032-pyrophosphate. (د) ربط الحمض النووي الريبي الموجه بالقالب مدفوعًا بإطلاق أدينيلات مرتبط ببيروفوسفات 5 & # x02032،5 & # x02032.

لم يتم عرض تخليق PRPP المحفز بالـ RNA ، ولكن تم الحصول على ريبوزيم يحفز 5 & # x02032-فسفرة من قليل النوكليوتيدات باستخدام & # x003b3-thio-ATP كمانح للفوسفات (Lorsch and Szostak 1994) (الشكل 5 ب. ). يُظهر الريبوزيم زيادة في معدل حوالي 10 9 أضعاف مقارنة مع معدل التفاعل غير المحفز. بمجرد تكوين نيوكليوسيد 5 & # x02032-فوسفات ، يتم تنشيطه بواسطة ريبوزيم آخر يحفز تكثيف نيوكليوسيد 5 & # x02032-فوسفات ونيوكليوسيد الريبوزيم المربوط 5 & # x02032-ثلاثي الفوسفات (هووزيم 1997) . 5 ج). ينتج عن هذا تكوين رابط 5 & # x02032،5 & # x02032-pyrophosphate ، والذي يوفر مجموعة ترك النوكليوتيدات المنشط التي يمكن أن تدفع لاحقًا RNA محفزًا وموجهًا بالقالب من RNA (Hager and Szostak 1997) (الشكل 5 د) ).

لا يوجد في أي من هذه التفاعلات الأربعة المحفزة بالحمض النووي الريبي الشكل الصحيح بالضبط للتفاعل المقابل في مسار التخليق الحيوي الافتراضي للنيوكليوتيدات في عالم الحمض النووي الريبي. ومع ذلك ، فقد أظهروا أن الحمض النووي الريبي (RNA) قادر على أداء الكيمياء ذات الصلة مع تعزيز معدل التحفيز الكبير. يبقى أن نرى ما إذا كان من الممكن تطوير الريبوزيمات التي تحفز تكوين اللبنات الأساسية لـ RNA و d -ribose وقواعد النوكليوتيدات الأربعة ، باستخدام مواد أولية كان من الممكن أن تكون وفيرة على الأرض البدائية.


هل خلق العلماء الحياة أخيرًا؟

لقد فعل العلماء ذلك علنًا في النهاية. "العلماء يبتكرون حياة اصطناعية في المختبر" هزت وكالة أسوشيتيد برس. أعلنت بي بي سي نيوز عن اختراق "الحياة الاصطناعية". أعلن Wired Science أن "العلماء ينشئون أول حياة اصطناعية ذاتية النسخ".

بعد أكثر من قرن من التجربة والخطأ ، يقول العلماء إنهم قد خلقوا أخيرًا الحياة. لكن هل دحض العلماء حقًا قانون التكوُّن الحيوي؟ هل يمكن أن تأتي الحياة من شيء غير الحياة؟ هل يمكن أن يأتي من أنبوب اختبار؟

في 21 مايو ، أ وول ستريت جورنال قال إن الجنس البشري يحتمل أن يدخل "حقبة جديدة في علم الأحياء". لأول مرة ، قام العلماء "بإنشاء خلية اصطناعية ، يتم التحكم فيها بالكامل من خلال تعليمات وراثية من صنع الإنسان" ، كما ذكرت.

قال أحد علماء الأحياء الجزيئية: "هذه حرفياً نقطة تحول في العلاقة بين الإنسان والطبيعة". "لأول مرة ، أنشأ شخص ما خلية اصطناعية كاملة بخصائص محددة مسبقًا."

قال قائد المشروع ، كريج فينتر ، "هذه خلايا حقيقية إلى حد كبير" في حين أنها في الوقت نفسه "اختراعات بشرية واضحة جدًا".

أخذ العلماء الحمض النووي لبكتيريا بسيطة للغاية وحيدة الخلية ، Mycoplasma Capricolum. باستخدام الكمبيوتر ، قاموا بفك رموز أكثر من مليون توليفة من الجزيئات الأربعة التي تتكون منها الحمض النووي (السيتوزين ، الجوانين ، الأدينين ، الثايمين).

ثم أضاف العلماء دفعات مصنّعة في المختبر من هذه الجزيئات الأربعة إلى خلايا الخميرة ، وربطوا معًا نسخة طبق الأصل من الميكوبلازما كابريكولومالحمض النووي. لإثبات أنهم قاموا بإنشاء نسختهم الاصطناعية من الحمض النووي ، أضاف فريق فينتر كودًا إضافيًا غير وظيفي إلى جينوم البكتيريا. لقد كتبوا أسمائهم واقتباسًا من الشاعر جيمس جويس - "العيش ، الخطأ ، السقوط ، الانتصار ، إعادة الحياة من الحياة" - في الشفرة الجينية.

ثم قاموا بإزالة المادة الوراثية من نوع آخر من البكتيريا ذات صلة وثيقة واستبدلوا الحمض النووي المصنوع.

بعد العديد من الإخفاقات ، عمل العلماء أخيرًا على حث البكتيريا المشربة حديثًا ليس فقط على النمو ، بل على التكاثر. اكتسبت خلايا النسل الجديدة خصائص البكتيريا التي تم نسخ الحمض النووي منها.

لقد كان إنجازًا رائعًا بالتأكيد. وبعد إنفاق 40 مليون دولار و 15 عامًا من الإخفاقات والفشل (فشلت التجربة ذات مرة لأن زوجًا أساسيًا واحدًا من أصل المليون زائد تم نسخه بشكل غير صحيح) ، يمكنك أن تفهم سبب انتشاء هؤلاء العلماء.

وإذا كانت هذه التجربة مهمة كما يدعي البعض ، فإن هذا يضع مستوى جديدًا من الإنجازات البشرية. وبالفعل ، يتوق مقاولو الدفاع وشركات النفط الكبار والمالون للاستفادة من التكنولوجيا الجديدة. يزعم العلماء أن الكائنات التي يصنعها الإنسان ستستخدم يومًا ما للقيام بكل شيء بدءًا من تنظيف انسكاب الزيت وإنتاج الوقود الحيوي إلى صنع اللقاحات والتقاط غازات الدفيئة. يحذر علماء آخرون من أن التكنولوجيا الجديدة تنذر بخطوة أخرى نحو إبادة الإنسان بفضل الأسلحة البيولوجية التي لا تقبل المنافسة.

شارك البيت الأبيض في هذا الإجراء أيضًا. يوم الخميس الماضي ، طلب الرئيس أوباما من اللجنة الرئاسية لدراسة قضايا أخلاقيات علم الأحياء دراسة الآثار المترتبة على هذا "المعلم العلمي".

ولكن مع كل الضجيج المحيط بالإعلان ، لا تغفل عن الحقائق. لم يخلق العلماء حياة جديدة أبدًا! لم يقتربوا حتى.

أولاً: الشيفرة الجينية "التي أنشأها" العلماء كانت في الحقيقة نسخة من الشفرة من بكتيريا موجودة. لم يكن هناك شيء جديد حول هذا الموضوع. أضاف العلماء بعض المواد الإضافية إلى الحمض النووي (أسمائهم والاقتباس) ، لكنها كانت مادة غير مفيدة للبكتيريا. سيكون الأمر مثل قيام مبرمج كمبيوتر بإدخال اقتباس فيلمه المفضل ، أو تاريخ ميلاده في رمز برمجي. إنه موجود ، لكنه لا يفعل شيئًا.

ثانيًا: تم إدخال الحمض النووي المنسوخ في بكتيريا حية أخرى. لم "يصنع" العلماء أيًا من العضيات - غشاء الخلية ، والسيتوبلازم ، وما إلى ذلك - من تلك البكتيريا الثانية أيضًا.

إذن ما الذي فعله العلماء بالضبط يزيد؟

لا شيئ. نسخوا ، تلاعبوا ، أجبروا الطبيعة بطرق غير طبيعية ، لكنهم لم يخلقوا الحياة!

قانون التولد البيولوجي لا يزال قائما! حياة يمكن أن يأتي فقط من الحياة.

لا يمكن أن تأتي الحياة من المواد الميتة. في الواقع ، لا يمكن حتى أن يتم إنشاؤه عندما يأخذ فريق من المصممين الأذكياء بأجهزة كمبيوتر عملاقة وملايين الدولارات مواد حية ويحاولون تجميع Little Frankenstein معًا.

منذ عهد لويس باستير وفرانشيسكو ريدي ، أدرك العلماء أن الحياة لا يمكن أن تأتي إلا من الحياة. إنه مكرس في أندر التصنيفات العلمية: قانون. وهو الذي ابتليت به أنصار التطور.

في محاولة لدعم نظرية التطور ، كان العلماء يحاولون تصور طريقة يمكن للحياة أن تولدها تلقائيًا من مواد غير عضوية وغير حية. (ولا حتى يطلب من أين جاءت المواد.) فقط تقبل أنه كان هناك حساء بدائي من الماء والمواد الكيميائية التي كانت موجودة على الأرض منذ مليارات السنين. في مرحلة ما ، ولسبب غير معروف - صاعقة أو ثوران بركاني ، أو مجرد صدفة عمياء - تسبب في اتحاد المواد الكيميائية في كائن حي يمكنه التقاط الطاقة والنمو والتكاثر. من المفترض ، على مدى مليارات السنين ، أن هذا الكائن لم ينجو فقط من البراكين والصواعق اللاحقة ، ولكن - ربما بعد ملايين السنين - قام بطريق الخطأ بتحور الشفرة الجينية التي تم إنشاؤها عن طريق الخطأ بطرق إيجابية عرضية - ملايين ومليارات المرات - حتى البشر والمليارات في نهاية المطاف من الكائنات الحية الأخرى المتنوعة والمترابطة والمزدهرة بشكل لا يصدق - ليس لسبب آخر سوى العيش ثم الموت.

انظر إلى الجهد الهائل الذي بذلته العلماء لتعلم كيفية القيام بذلك ينسخ الحمض النووي الموجود لواحد من أبسط الكائنات الحية وحيدة الخلية وصغرها ، وجعله يعمل في خلية أخرى متطابقة تقريبًا.

قضى هذا الفريق وحده 15 سنة من العمل اليومي ، باستخدام أحدث التقنيات المتاحة في بيئة معملية مثالية وخاضعة للرقابة ، والاستفادة من المواد الكيميائية عالية الدقة والمحددة والمعاد تصنيعها التي يقدمها علماء يعملون في شركات أخرى. وكل هذا الجهد والتفاهم أصبح ممكنًا بفضل العمل واكتشاف قرون من العلماء الآخرين قبلهم.

كانت الخلية البكتيرية التي عمل العلماء عليها تحتوي على كروموسوم واحد. البشر لديهم 46 كروموسوم. هناك بعض النباتات على الأرض التي تحتوي على أكثر من 1000 كروموسوم. وماذا حدث عندما حصل العلماء على حرف واحد فقط من أكثر من مليون رمز زائد على كروموسوم الحمض النووي خطأ؟ ماتت الزنزانة. لم يكن هناك تكاثر. لم تكن هناك حياة.

اسأل أي مبرمج كمبيوتر عما يحدث عندما يكتب عن طريق الخطأ حرفًا سيئًا في شفرته.

هناك الملايين ، وربما المليارات من أجهزة الكمبيوتر على هذه الأرض. كم عدد المرات التي سمعت فيها عن تحور برامج الكمبيوتر - ونتج عن شيء جيد؟

ولكن حتى لو حدث تحور عشوائي في سطر من رمز الكمبيوتر وأنتج شيئًا مفيدًا بشكل غير متوقع ، فما هي احتمالات حدوث طفرة مفيدة أخرى؟ ثم مرارًا وتكرارًا - بلايين المرات حتى أصبح الكمبيوتر ليس فقط كمبيوترًا أكثر ذكاءً ، ولكن أيضًا سيارة أو حاملة طائرات نووية؟

وما هي احتمالات أن تكون حزمة من الفوضى غير المقروءة؟

مع ذلك ، يريد أنصار التطور أن تصدق أن الحياة - بكل تعقيداتها - يمكن أن تنشأ من المركبات غير الحية ثم تبدأ في التكاثر والتحول العشوائي إلى كائنات أكثر تقدمًا.

كما قال جيمس جويس: "أن تحيا ، أن تخطئ ، تسقط ، تنتصر ، تعيد الخلق الحياة خارج الحياة. "


حلول أم مجرد تجارب فكرية؟

سيتجنب العلمانيون مناقشة النشوء التلقائي لأنه صندوق أسود إلى حد كبير وليس لديهم إجابات حقيقية عنه. بدلا من ذلك ، بدأوا نسختهم من التسلسل التطوري في أول كائن حي مكرر [7] [8] [9] الذي يعترفون بحرية أنه كائن حي معقد للغاية. يجب على الأقل: التكاثر ، وامتصاص الطعام ، والتخلص من النفايات ، وإنتاج الطاقة. هذه الوظيفة الأخيرة ، لإنتاج الطاقة ، هي "عملة الحياة" ATP الموجودة في كل خلية حية على الأرض. محرك ATP Synthase [10] عبارة عن محرك جزيئي معقد يبلغ عرضه أقل من 40 نانومتر.

في حين أن العديد من الخلقيين قد ينخرطون في مناقشة حول التطور مع علماني من حيث "جزيئات لرجل" ، فإن المفكر التطوري سيقصر بشكل كبير هذا الإطار الزمني ويبدأ بـ "أول جينوم متماثل". لا يرقى هذا إلى أكثر من تجربة فكرية محملة مسبقًا ، وليس نتاجًا للنزاهة العلمية. اي شخص يستطيع قف على أكتاف العبقرية والمطالبة بالنصر. إن استخدام العلماني لهذه التجربة الفكرية كنقطة انطلاق أمر غير متسق بشكل تعسفي. إنهم يعترفون أساسًا بأن أصل الحياة معقد جدًا بحيث لا يمكن مناقشته وأن السرد التطوري يجب أن يكون محملاً مسبقًا بشكل حياة معقد. السؤال لا من أين أتى شكل الحياة هذا لكن بالأحرى لماذا تعتقد أن مثل هذه الخرافات الخيالية هي في الواقع علم?

لا تزال هناك عملية معروفة تعمل في الطبيعة لإنتاج الحياة من غير الحياة ، لذلك فإن النشوء التلقائي موجود خارج نطاق العلم التجريبي. علاوة على ذلك ، يبدو أن التعقيد الشديد لجميع أشكال الحياة يشير في اتجاه ذكاء راسخ خارج الطبيعة. صمم الذكاء الحياة بحيث تحكمها الآليات أو العمليات الطبيعية التي يتم ملاحظتها والتي تمكّن التنوع. ربما هذا هو السبب وراء اقتراح فرانسيس كريك (أحد مكتشفي الحمض النووي) وليزلي أورجيل (عالمة الأحياء الدقيقة) نظرية موجه البانسبيرميا: الإيمان بأن الحياة جاءت إلى الأرض من الفضاء الخارجي. أصل لغز الحياة جعل العلماء يتصورون أن الحياة ربما تكون قد بدأت على كوكب آخر (انظر: بانسبيرميا). تشهد النظرية حاليًا انتعاشًا وكثير من الأبحاث التي تجريها ناسا حاليًا هي محاولة لاكتشاف علامات الحياة على الكواكب الأخرى ، مثل المريخ.

ومع ذلك ، إذا تم العثور على ميكروبات (أو دليل على الميكروبات) في الفضاء ، فهذا ليس دليلاً على وجود حياة خارج الأرض. أثناء الطوفان ، يُفترض أن ينابيع العمق العظيم لديها قوة هائلة ومتفجرة وأرسلت جزءًا كبيرًا من كتلة الأرض إلى الفضاء الخارجي ، ومن المحتمل أن تحمل معها ميكروبات. والدليل الكامن على فقدان الكتلة هذا هو سرعة الدوران الحالية للأرض ، والتي تمثل 365+ يومًا في السنة. في الفترة التي سبقت الطوفان ، يقدم التكوين 7 و 8 و 9 ملخصًا تفصيليًا للأيام المعنية. يمكننا عد اثني عشر شهرًا من ثلاثين يومًا لكل منها ، ليصبح المجموع الكلي 360 يومًا. إذا فقدت الأرض كتلة كبيرة في الطوفان ، فسيؤدي ذلك إلى تقليل محيطها الإجمالي وبالمثل زيادة سرعة دورانها (تمامًا كما قد يدور المتزلج على الجليد بشكل أسرع عن طريق سحب ذراعيه). مثلما تلتزم جميع الثقافات في جميع أنحاء العالم بأسبوع من سبعة أيام ، كذلك بالنسبة لجميع الثقافات تقيس دائرة من حيث 360 درجة. لا يوجد سبب فلكي أو موضوعي آخر لاستخدام أي منهما. من الواضح أن الأسبوع المكون من سبعة أيام هو فترة انتظار من أسبوع الإنشاء الأصلي ، و 360 درجة للدائرة هي فترة بقاء من التقويم الأصلي قبل الطوفان.


شاهد الفيديو: ببساطة 3 - نشأة الحياة وأول كائن حى على وجه الأرض! (يوليو 2022).


تعليقات:

  1. Tighearnach

    آسف ، لقد حذفت هذه الرسالة.

  2. Trevion

    رائع ، هذا الرأي المضحك

  3. Macnachtan

    ممنوع التكلم!

  4. Korbyn

    أعتقد أنك مخطئ. أقترح مناقشته. أرسل لي بريدًا إلكترونيًا في PM ، سنتحدث.

  5. Swintun

    أعتقد أنك سوف تسمح للخطأ.



اكتب رسالة