כיצד נוצרה מולקולת הדנ"א הראשונה?

כיצד הצליחו רצפים קדם-חיים נושאי מידע המבוסס על דנ"א לשרוד בנוכחות עודף רב של מולקולות קצרות יותר בעלות רצפים אקראיים? חוקרים מגרמניה מראים כעת כיצד מנגנון די פשוט יכול היה להיות האחראי למצב זה

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

סכמת המנגנון ליצירת דנ"א קדמוני: 1) אוסף של נוקליאוטידים 2) פילמור הנוקליאוטידים לקבלת אוליגונוקליאוטידים 3) קשירה שיתופית על בסיס תבנית 4) ברירה תפקודית 5) קבלת דנ"א בעל תפקוד ביולוגי
סכמת המנגנון ליצירת דנ"א קדמוני: 1) אוסף של נוקליאוטידים 2) פילמור הנוקליאוטידים לקבלת אוליגונוקליאוטידים 3) קשירה שיתופית על בסיס תבנית 4) ברירה תפקודית 5) קבלת דנ"א בעל תפקוד ביולוגי

החיים הם עניין של אנרגיה – וכן של מידע – הררי מידע – ובמיוחד, המידע התורשתי המאוחסן בדנ"א הנמצא בכל התאים החיים. לפיכך, יכולת הקידוד של דנ"א גרעיני הנמצא בכל תא של יונק שווה ערך למידע בקיבולת של 700 מגה-בית. מידע זה הצטבר והועבר בהצלחה במשך מיליארדי שנים של התפתחות החיים. עבור חוקרים המעוניינים בהבנת מוצא החיים על פני כדור הארץ, אחת מהשאלות הרבות שעובדה זו מעלה היא כיצד מולקולות נושאות המידע הראשונות שנוצרו בתנאים של קדם חיים הצליחו לנצח בתחרות אל מול יריביהם הרבים שנשאו כמויות מידע הרבה יותר פחותות.

חוקרים מאוניברסיטת Sendai שביפן מדווחים על אוסף ניסויים והדמיות המציעים כי מנגנון די פשוט הוא זה שעשוי להיות הפתרון לפרדוקס זה, ועשוי לאפשר לרצפי מידע קדמוניים לשרוד. ממצא זה, בתורו, מרמז כי כל מידע גנטי שימושי שקודד ברצפים אלו לא בהכרח נעלם אל תוך הכאוס המקורי – כנראה שהרצפים הארוכים התפרקו לכדי מולקולות קטנות יותר ויתר, ובסופו של דבר ריכוזם הלך ופחת עוד ועוד.

מנגנון הקשירה דרך תבנית (templated ligation mechanism) של החוקרים Braun ו- Toyabeהוא תהליך מוכר בתחום הגנטיקה המולקולארית. כאשר שני חד-גדילים של מולקולות דנ"א נקשרים לאזורים סמוכים של גדיל ארוך יותר (התבנית), השניים יכולים בקלות להיקשר אחד לשני (קשירה) על ידי אותו סוג מנגנון שהוביל ליצירתם.

השלב מתאים לשיתוף בין-מולקולארי. טמפרטורות גבוהות יותר, ומפלי טמפרטורה תלולים – כמו אלו שאפיינו את הנקבוביות הצרות והמלאות במים שהתקיימו בתוך סלעים וולקניים ואשר בתוכן יכולה הייתה להתבצע הסינתזה של הדנ"א הקדמוני. צילום: דיטר בראון
השלב מתאים לשיתוף בין-מולקולארי. טמפרטורות גבוהות יותר, ומפלי טמפרטורה תלולים – כמו אלו שאפיינו את הנקבוביות הצרות והמלאות במים שהתקיימו בתוך סלעים וולקניים ואשר בתוכן יכולה הייתה להתבצע הסינתזה של הדנ"א הקדמוני. צילום: דיטר בראון

"כל עוד מנגנון פשוט זה זמין במסגרת התנאים הקיימים, מקטעי דנ"א תואמים יכולים להיבחר מתוך תערובת אקראית של רצפים ולהכווין אותם לנקודה שתאפשר להם להיקשר יחדיו לקבלת גדיל ארוך יותר", מסביר החוקר הראשי פרופ' דיטר בראון. באופן כזה, כתלות בריכוזים הקיימים של רצפים תואמים, השלב מתאים לשיתוף בין-מולקולארי. טמפרטורות גבוהות יותר, ומפלי טמפרטורה תלולים – כמו אלו שאפיינו את הנקבוביות הצרות והמלאות במים שהתקיימו בתוך סלעים וולקניים ואשר בתוכן יכולה הייתה להתבצע הסינתזה של הדנ"א הקדמוני, מקדמים את החיבור יחדיו של מולקולות קצרות יותר לכדי רצפים ארוכים יותר.

מנגנון זה יכול היה לאפשר בררה, התארכות ושכפול מהירים יותר לכדי קבלת מולקולות ארוכות יותר. במילים אחרות, קשירה על בסיס תבנית יכולה ליצור מקטעים יציבים על ידי קידום ההתאגדות והשכפול של רצפים שהם מספיק מורכבים על מנת לקודד את המידע הגנטי הראשוני. בשנות השבעים החוקר זוכה פרס הנובל בכימיה מנפרד אייגן וכן פיטר שוסטר פיתחו את מודל ה'hypercycle' שלהם בתור מסלול תיאורטי אפשרי מרצפי הדנ"א הקדם-חיים המוקדמים ביותר למעבר יציב למידע גנטי. יחד עם זאת, הם לא סיפקו מערכת ניסויית אמינה שתאפשר להם לחקות את התנאים הקדם-חיים באופן מציאותי, פחות או יותר. "התרומות הניסיוניות שלנו מדגימות כי אפשר לקבל את המקטעים היציבים הנדרשים מבחינת רצפי מידע בכמות ניכרת במרק הקדמוני בעזרת השיטות הפשוטות ביותר", מסביר החוקר הראשי.

המאמר אודות המחקר

הידיעה על המחקר

עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

2 תגובות

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן