מדענים ממכון המחקר Scripps חשפו ראיות כימיות חדשות שיכולות להסביר מדוע דווקא הסוכר ריבוז נבחר על-ידי הטבע כמרכיב מרכזי בבניית ה־RNA. הממצאים מחזקים את ההשערה כי לריבוז הייתה עדיפות כימית טבעית שעשויה הייתה להעניק לו יתרון בראשית החיים, עוד לפני שהביולוגיה – כפי שאנו מכירים אותה – החלה להתקיים
כיום, כל התאים החיים משתמשים באנזימים כדי לייצר מולקולות מורכבות כמו DNA ו־RNA. אבל לפני מיליארדי שנים, בעידן שלפני הופעת החיים, איך נוצרו המולקולות הללו? ומדוע דווקא מולקולות מסוימות הפכו לאבני הבניין של החיים?
מחקר חדש שפורסם לאחרונה בכתב העת המדעיAngewandte Chemie , מציע תשובה חלקית: הסוכר ריבוז מגיב מהר יותר ובאופן יעיל יותר עם זרחן (פוספט) – רכיב קריטי במבנה ה־RNA בהשוואה לסוכרים אחרים דומים. תגובה זו מתבצעת ללא צורך באנזימים, ובכך עשויה להסביר כיצד נבנו אבני הבניין של החיים בתנאים פרה־ביוטיים (קדם־ביולוגיים).
לדברי פרופ’ ראמנה קרישנמורטי (Ramanarayanan Krishnamurthy), כימאי מהמכון וחתום על המאמר: "הממצאים תומכים ברעיון שכימיה פרה־ביוטית מסוג זה יכלה להפיק את אבני הבניין שלRNA –, מולקולות שיכולות להוביל להתנהגות דמוית חיים.”
מהו ריבוז, ומהו תפקידו?
ה־RNA (ריבונוקלאוטיד) בנוי משלושה מרכיבים: סוכר (ריבוז), קבוצת פוספט ובסיס חנקני (כמו A, C, G או U). הריבוז הוא סוכר עם חמישה אטומי פחמן, והוא הבסיס למבנה ה־RNA . במחקר הנוכחי, התמקדו החוקרים בתהליך הפוספורילציה – החיבור הכימי של ריבוז לפוספט – אחד השלבים הקריטיים ביצירת נוקלאוטידים.
במחקרים קודמים, כבר נמצא כי ריבוז יכול לעבור פוספורילציה בעזרת חומר בשם DAP (די־אמידו־פוספט). כעת, המדענים רצו לבדוק האם גם סוכרים אחרים דומים – עם אותה נוסחה מולקולרית אך מבנה שונה – יכולים לעבור את אותה תגובה.
ניסוי: ריבוז מול שלושה סוכרים אחרים
החוקרים השוו את תגובת DAP עם ארבעה סוכרים: ריבוז, ערבינוז, ליקסוז וקסילוז. על אף שכולם בעלי אותה נוסחה כימית, המבנה המרחבי שלהם שונה. באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה מגנטית גרעינית (NMR), הם ניתחו את התוצרים.
התוצאה הייתה ברורה: ריבוז עבר פוספורילציה מהר יותר ובאופן סלקטיבי יותר. בעוד ששלושת הסוכרים האחרים יצרו תערובת של טבעות עם 5 ו־6 אטומים, ריבוז יצר רק טבעות עם חמישה אטומים – בדיוק כמו במולקולות ה־RNA וה־DNA המודרניות.
כאשר ארבעת הסוכרים הושמו יחד בתמיסה אחת, DAP העדיף את הריבוז, ורק הוא התקדם לשלב שבו המולקולה מוכנה לחיבור עם בסיס חנקני – שלב קריטי ליצירת נוקלאוטידים.
“קיבלנו שתי תובנות בבת אחת,” אמר קרישנמורטי. “גם ראינו שריבוז עובר פוספורילציה סלקטיבית, וגם גילינו שהתהליך מייצר מבנה שמתאים להיווצרות RNA."
אלו עדיין לא חיים – אבל זה כיוון מבטיח
החוקרים מדגישים: העובדה שהתהליך יכול להתרחש לא אומרת שכך בדיוק נוצר ה־RNA הקדום. "אנחנו לא טוענים שזו הייתה הדרך המדויקת שבה נוצרRNA , אבל זה בהחלט צעד חשוב בהבנת האפשרויות הכימיות שהיו זמינות,” אומר קרישנמורטי.
בשלב הבא, הם מתכננים לבדוק האם התהליך יכול להתרחש בתוך פרוטו־תאים – מבנים תאיים פשוטים שמדמים את קדם־התאים של החיים. "אם נצליח להראות שריבוז מתרכז ומתפקד בתוך פרוטו־תא – אולי אפילו עד שלב של חלוקה – זה יהיה מרתק.”
