Asal Usul Kimia Kehidupan di Bumi, Penelitian Terbaru

Sebuah studi baru dari Scripps Research Institute, para Ahli kimia membuat penemuan yang mendukung pandangan baru yang mengejutkan tentang bagaimana kehidupan berawal di planet kita. Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan dalam jurnal kimia Angewandte Chemie, Mereka menunjukkan bahwa senyawa sederhana yang disebut diamidophosphate (DAP), yang secara masuk akal hadir di Bumi sebelum kehidupan muncul, secara kimiawi dapat menyatukan blok-blok penyusun DNA kecil yang disebut deoxynucleosides menjadi untaian DNA primordial.

Penemuan ini adalah yang terbaru dari serangkaian penemuan beberapa tahun terakhir, menunjukkan kemungkinan bahwa DNA dan RNA muncul bersama sebagai produk reaksi kimia, dan molekul yang mereplikasi diri pertama sebagai bentuk kehidupan di Bumi adalah campuran dari keduanya.

Penemuan ini juga dapat mengarah pada aplikasi praktis baru dalam kimia dan biologi, tetapi signifikansi utamanya adalah menjawab pertanyaan kuno tentang bagaimana kehidupan di Bumi pertama kali muncul. Secara khusus, ini membuka jalan bagi studi yang lebih luas tentang bagaimana campuran DNA-RNA yang mereplikasi diri dapat berevolusi dan menyebar di Bumi purba dan pada akhirnya menyemai biologi organisme modern yang lebih matang.

Penemuan ini juga mendorong bidang kimia asal-usul kehidupan menjauh dari hipotesis yang telah mendominasi dalam beberapa dekade terakhir: Hipotesis “Dunia RNA” menyatakan bahwa replikator pertama berbasis RNA, dan bahwa DNA muncul kemudian sebagai produk. dari bentuk kehidupan RNA.

Apakah RNA terlalu lengket? Peneliti meragukan hipotesis Dunia RNA sebelumnya, karena molekul RNA mungkin terlalu “lengket” untuk berfungsi sebagai pengganda diri pertama.

Untai RNA dapat menarik blok penyusun RNA individu lainnya, yang menempel padanya untuk membentuk semacam untai bayangan cermin – setiap blok pembangun dalam untai baru yang mengikat ke blok penyusun pelengkap pada untai “cetakan” asli. Jika untai baru dapat terlepas dari untai templat, dan, dengan proses yang sama, mulai membuat templat untai baru lainnya, maka itu telah mencapai prestasi replikasi diri yang mendasari kehidupan.

Tetapi sementara untaian RNA mungkin bagus dalam membuat kerangka untai komplementer, untaian tersebut tidak begitu baik dalam memisahkan dari untaian ini. Organisme modern membuat enzim yang dapat memaksa untai kembar RNA atau DNA berpisah, sehingga memungkinkan replikasi, tetapi tidak jelas bagaimana hal ini bisa dilakukan di dunia di mana enzim belum ada.

Solusi chimeric
Peneliti menunjukkan dalam penelitian terbaru bahwa untaian molekul “chimeric” yang merupakan bagian DNA dan sebagian RNA mungkin dapat mengatasi masalah ini, karena mereka dapat membentuk untaian pelengkap dengan cara yang tidak terlalu lengket yang memungkinkan mereka untuk memisahkan dengan relatif mudah .

Para ahli kimia juga telah menunjukkan dalam makalah yang dikutip secara luas dalam beberapa tahun terakhir bahwa blok penyusun ribonukleosida dan deoksinukleosida sederhana, masing-masing dari RNA dan DNA, dapat muncul di bawah kondisi kimia yang sangat mirip di Bumi awal.

Selain itu, pada 2017 mereka melaporkan bahwa senyawa organik DAP dapat memainkan peran penting dalam memodifikasi ribonukleosida dan merangkainya menjadi untaian RNA pertama. Studi baru menunjukkan bahwa DAP dalam kondisi yang sama dapat melakukan hal yang sama untuk DNA.

“Kami terkejut, bahwa menggunakan DAP untuk bereaksi dengan deoksinukleosida bekerja lebih baik ketika deoksinukleosida tidak semuanya sama tetapi merupakan campuran ‘huruf’ DNA yang berbeda seperti A dan T, atau G dan C, seperti DNA asli, “kata penulis pertama Eddy Jiménez, PhD, seorang peneliti pascadoktoral di lab Krishnamurthy.

“Sekarang setelah kami memahami lebih baik bagaimana kimia primordial dapat membuat RNA dan DNA pertama, kami dapat mulai menggunakannya pada campuran blok penyusun ribonukleosida dan deoksinukleosida untuk melihat molekul chimeric apa yang terbentuk – dan apakah mereka dapat mereplikasi dan berevolusi sendiri. , “Kata Krishnamurthy.

Ia mencatat bahwa pekerjaan tersebut mungkin juga memiliki aplikasi praktis yang luas. Sintesis buatan DNA dan RNA – misalnya dalam teknik “PCR” yang mendasari uji COVID-19 – merupakan bisnis global yang luas, tetapi bergantung pada enzim yang relatif rapuh dan karenanya memiliki banyak keterbatasan. Metode kimiawi yang kuat dan bebas enzim untuk membuat DNA dan RNA mungkin akan menjadi lebih menarik dalam banyak konteks, kata Krishnamurthy.

Jurnal Referensi:

Ramanarayanan Krishnamurthy, Eddy I. Jiménez, Clémentine Gibard. 2020. Prebiotic Phosphorylation and Concomitant Oligomerization of Deoxynucleosides to form DNA. Angewandte Chemie International Edition, 2020; DOI: 10.1002/anie.202015910