מוצא החיים: קרינה על-סגולה מסייעת ליצירת גואנין

במהלך ניסיונותיהם של מדענים להבין כיצד אבני-הבניין של רנ”א נוצרו בכדור-הארץ, יצירתו של גואנין, האות G בצופן בן ארבע האותיות של החיים – התגלתה כאתגר מיוחד. בעוד שאת יתר שלושת הבסיסים של הרנ”א (אדנין, A, ציטוזין, C ו- אורציל, U) ניתן להכין ע”י חימום תרכובת מקדימה פשוטה בנוכחות זרזים טבעיים מסוימים, את הבסיס גואנין לא ניתן היה לייצר באופן זה.

ע”י הוספת קרינה על-סגולה לתגובת מודל פרוביוטית (טרם-החיים), חוקרים מהמכון הטכנולוגי של ג’ורג’יה ואוניברסיטת רומא, גילו דרך שבה ייתכן ונוצר הבסיס החסר גואנין. הם גם מצאו כי ייתכן ובסיסי הרנ”א נוצרו בצורה קלה יותר מאשר זו שחשבו עליה עד כה – מה שמרמז כי הופעת החיים על פני כדור הארץ לא הייתה תהליך כה מורכב, בסופו של דבר. ממצאי מחקר זה פורסמו בכתב-העת המדעי ChemBioChem.

הבנת הופעתם של החיים הינה אחת מהאתגרים המדעיים הגדולים ביותר. ישנן ראיות ניכרות לכך שהתפתחות החיים עברה דרך שלב מוקדם שבו לפרודת הרנ”א היה תפקיד מרכזי יותר, לפני הופעתם של פרודות הדנ”א והאנזימים. מאמצים עדכניים להבין את היצירה הפרוביוטית של אבני-החיים של הרנ”א התמקדו בחומר הכימי פוראמיד (H2NCOH) כחומר מוצא אפשרי להכנת בסיסי הרנ”א מכיוון שהוא מכיל את כל ארבעת היסודות הדרושים – פחמן, מימן, חמצן וחנקן – ובזכות יציבותו, מידת פעילותו ונדיפותו הנמוכה, יחסית למים. פרסומים קודמים הראו כי רכיבי חומצת גרעין אלו – פרט לגואנין – ניתנים להכנה ע”י חימום פוראמיד ל- 160 מעלות צלזיוס בנוכחות זרזים מינראליים.

במאמר שפורסם מראים החוקרים, לראשונה אי-פעם, כי ניתן להכין גואנין ע”י חשיפת תמיסת פוראמיד לקרינה על-סגולה במהלך החימום. תפוקת הגואנין גדלה משמעותית כאשר לתהליך הוספו מינראלים. בנוסף, התפוקה של אדנין ופרודה קרובה לו (hypoxanthine) גדלה בעקבות הוספה של קרינה על-סגולה לתהליך החימום – גידול של 15 סדרי גודל בתפוקה של אדנין.

“ממצאים אלו מקילים באופן פוטנציאלי על הדרישות והתגובות ההכרחיות להופעת החיים, מכיוון שלא נדרש שפרודות הפוראמיד תהיינה במגע עם סוג מסוים של אבן בזמן חימומם בכדור-הארץ הפרביוטי, אם ניתן לחשוף אותן לקרני-שמש ישירות במהלך החימום,” אמר Nicholas Hud, פרופסור לכימיה וביוכימיה באוניברסיטת ג’ורג’יה.

המחקר מדגים כי ניתן להכין גואנין, אדנין והיפוקסאנתין בטמפרטורות נמוכות מאלו שדווחו בעבר, אפילו בהעדר מינראלים, כל עוד נמשכת ההקרנה.

“לשם ניסויים אלו בנינו תא תגובה פשוט מאוד המכיל מקור קרינתי בלתי יקר באורך גל של 254 ננומטרים בכדי לדמות את התנאים שאולי והיו מצויים בתקופה הקדומה של כדור-הארץ,” הוסיף אחד מהחוקרים. “לא היינו צריכים מערכות ניסוי מתוחכמות במיוחד או לייזר יקר; אולם, כן השתמשנו בספקטרומטר מסות מתוחכם בכדי לנתח את הרכב התערובת הכימית המורכבת שהתקבלה.”

החוקרים ערכו את הניסויים שלהם באמצעות חימום פוראמיד לטמפרטורה של 130 מעלות צלזיוס – 30 מעלות פחות מהניסויים הקודמים – וחשפו אותו לקרינה על-סגולה.

“המחקר שלנו אפשר לנו לשקול את קיומו של סוג אחר של “מרק קדמוני” מזה אשר היה מקובל בעבר כמקור להופעת החיים,” מסביר החוקר. “תגובת המודל הפרוביוטית שלנו מעניינת מכיוון שסביר שרוב ההיבטים של התהליך יכלו להתקיים בכדור הארץ הקדמוני וכי היא מקילה על אילוצים כימיים.”

החוקרים מציעים כי ייתכן והיו קיימים מאגרים מימיים המכילים כמויות קטנות של פוראמיד בכדור הארץ הקדמוני. במהלך תקופות יובש וחום, אידוי מים מתוכם ייתכן והניב תמיסות מרוכזות של פוראמיד וגרם לחשיפת משטחים מינראליים המכוסים בתמיסות אלו.

ע”י עריכת ניסויים נוספים ב- 100 מעלות צלזיוס עם תמיסות של מים ופוראמיד, החוקרים אימתו כי מודל “המאגר המתייבש” הזה יכול היה לייצר תמיסות פוראמיד המסוגלות להפיק את אותן התרכובות שנמצאו בניסויים המוקדמים שלהם.

“בעוד שנדרשת כימיה מרובה בכדי להבין טוב יותר את היצירה של פרודות ביולוגיות הדרושות לחיים, תגובות ישירות אלו המתרחשות בשל ההגברה ההדדית של תהליכים תרמיים ופוטוכימיים מרמזות לנו כי הדרישות הכימיות והסביבתיות ליצירת חיים קרוב לוודאי שהינן פחות קשיחות ממה שחשבנו,” מציין החוקר.

הידיעה על המחקר