DNA

شکل معروف مارپیچ دی ان ای ممکن است با سهل انگاری به وجود آمده باشد

تلاش برای توضیح این که DNA و RNA چگونه برای ایجاد چنین مارپیچهای مرتبی تکامل یافته است ، یک معمای علمی است . اما یک مطالعه جدید نشان می دهد که این چرخش مارپیچی ممکن است به راحتی در میلیاردها سال پیش رخ داده باشد ، زمانی که اجداد شیمیایی RNA به طور تصادفی به رشته های مارپیچ متصل شدند.

محققان موسسه فناوری جورجیا با دیدن شرایطی که به نظر میرسید تنها  در زمین قبل از تکامل زندگی ابتدایی وجود داشته باشد در آزمایشگاه ، شگفت زده شدند : آب ساده ، بدون کاتالیزور ، و در دمای اتاق .

اسپرینگاری خالص همچنین یک ترکیب دیگر را که امروزه ستون فقرات RNA و DNA را تشکیل می دهد، یکپارچه کرده است. ساختار حاصل از آن ویژگی هایی داشت که به شدت مشابه RNA بود.

پیچش محوری

این مطالعه منجر شد که یک گام به پاسخ به سوال مرغ و تخم مرغ در مورد مسیر تکاملی RNA  نزدیک تر شوند (درین باره که کدام DNA دیرتر تکامل یافته است): آیا این مارپیچ اول ایجاد شد و این ساختار را تحت تاثیر قرار داد که کدام اجزای مولکولی آن را بعدا به RNA تبدیل کند؛ چرا که به خوبی به مارپیچ متصل میشوند؟
محققان اصلی این تحقیق، نیملاس هود ، استاد ریاست دانشکده شیمی و بیوشیمی گرجستان، می گوید:
اسپرینگینگ می تواند اثر تقویت کننده داشته باشد. این خاصیت می تواند مولکول ها را به هم متصل کند که دارای همان کریستلال (منحنی) هستند تا بتوانند به ستون فقرات مشترک متصل شوند که با ویژگی پیچش پیچ و مهره ای سازگار است.
محققان این مطالعه جدید را در مجله Angewandte Chemie در دسامبر ۲۰۱۸ منتشر کردند. این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم و برنامه Astrobiology ناسا تحت مرکز تکامل شیمیایی تأمین شد. این مرکز در گرجستان مستقر است و هود محقق اصلی آن است.
پلیمرهای حاصل شده این تحقیق RNA نبودند، اما می توانستند گام مهمی در تکامل اولیه RNA باشند . برای ساخت بلوک ها، محققان از مولکول های پایه به نام پروتیین های هسته ای نام بردند که به شدت مشکوک به پیشزنی هسته ها هستند، اجزای اصلی که کد ژنتیکی را در RNA امروز حمل می کنند.

بیشتر بخوانید:تست DNA برای درمان بیماری های کلیوی


پارادوکس هسته ای

این مطالعه باید در حیطه یک پارادوکس در تکامل شیمیایی کار کند:
ساخت RNA یا DNA با استفاده از هسته واقعی آنها در آزمایشگاه بدون کمک از آنزیم های سلول های زنده که معمولا این کار را انجام می دهند، به سادگی قابل اجرا نیست . بنابراین، هرچند RNA و DNA در زمین در حال حاضر همه جا هستند، تکامل آنها بر روی زمین قبل از حیات، به نظر می رسد که یک ناهنجاری است که نیاز به همگرایی نامطلوب از شرایط شدید دارد.
در مقابل، مدل محققان گرجستان در زمینه تکامل شیمیایی این است که پیش سازهای هسته ای خود را به راحتی به prototype های اجدادی – که به صورت پلیمری مشابه و به عنوان مجموعه ها نامیده می شوند – نسبت دهند و اظهار دارند که بعدها به RNA تبدیل می شوند.
هود میگوید:
ما می توانیم این ها را  پروتونوکلیوبیس ها یا هسته های ancentral  بنامیم.
برای مدل کلی ما از تکامل شیمیایی، ما می گوییم این پروتئین های هسته ای که خودشان در این رشته های طولانی قرار می گیرند، می توانند بخشی از یک مرحله بسیار زودرس قبل از بکار بردن هسته های نوکلئوتیدی باشند.
یکی از مهمترین موارد مشکوک ، پروتئین nuclease در این آزمایش و در آزمایش های قبلی در مورد امکان تکامل RNA – triaminopyrimidine (TAP) بود.و دیگری سیانوریک اسید (CA) بود. محققان به شدت مظنون به TAP و CA بودند که بخشی از یک پروتئین RNA بوده باشد.
پیوندهای شیمیایی که با هم مجموعه ی دو ذره پروتئین هسته ای را تشکیل می دهند، به طرز شگفت انگیزی شدید اما غیرقابل انعطاف بودند که مشابه اتصال دو آهن ربا بود . در RNA، پیوند های اصلی که با هم هسته های امروزی را تشکیل می دهند، پیوند های کوانتومی است، شبیه به جوشکاری، و آنزیم ها این پیوندها را در سلول ها ایجاد می کند.

تمایل های مارپیچی

یک مارپیچ میتواند دو طرفه ، چپ گرد یا راست گرد باشد . در شیمی، یک مولکول نیز می تواند دستی و یا کریال باشد، مولکول های به شکل “L” یا “D” .
در ضمن، ساختار  RNA و DNA های امروزی تماما فرم D هستند، که یک مارپیچ راست گرد را ایجاد می کنند. دلیل این که چرا اینگونه تکامل یافته است هنوز یک رمز و راز است .
محققان TAP و CA شروع به تولید مقادیر تقریبا مساوی از الیاف راست و چپ دست کردند، اما چیزی به وجود آمده بود: کل مناطق یک دسته در یک جهت منحرف شده بودند و از مناطق دیگر جدا شده بودند که عمدتا به روش دیگری متمرکز شده بودند.
هود می گوید:
تمایل مولکول ها برای انتخاب یک جهت اسپیرالیستی به قدری قوی بود که مناطق بزرگی از دسته ها عمدتا از مجموعه هایی ساخته شده بودند که به طور یک طرفه پیچ خورده بودند.
این تعجب آور بود چرا که مولکول های فردی TAP و CA هیچ کایرالی از خود، نه L و D به جا نداشتند . با این حال، پیچ و تاب ها مسیر مناسبی داشتند.

رکورد جهانی

محققان دو آزمایش دیگر را برای تست اینکه چگونه مجموعه های مشابه RNA ترجیح می دهند الیاف یک دست را تشکیل دهند، اضافه کردند.
آنها ابتدا یک ترکیب شیمیایی از ترکیبات مشابه TAP و CA را نشان دادند، اما به جهت هدایت الگوریتم دارای کایرالیته D یا L بودند. تمام این دسته ها به کایرالیته افزودنی مربوطه منجر شده و منجر به تشکیل مجموعه ها به عنوان helices در RNA و DNA امروی در جهت یکپارچه شده می شود.

سونیه کاروناکاران، نخستین نویسنده این تحقیق و یک محقق فارغ التحصیل در آزمایشگاه هود، میگوید:

این یک رکورد جهانی جدید برای کوچکترین مقدار یک ماده جانبی کایرال (افزودنی) بود که کل راه حل را تسریع می کرد.

این نشان داد که چقدر آسان است که مقادیر فراوان فیبرهای متحد را در اختیار داشته باشیم.

دوم، آنها ترکیب ریبوز -۵-فسفات شکر را با TAP قرار دادند تا ساختارهای فعلی RNA را تقلید کنند. ریبوز به جای گذاشته شد، و مونتاژ حاصل از آن در جهت ناشی از کریستال ریبوز به وجود آمد.

Karunakaran میگوید:

این مولکول به راحتی مونتاژ RNA را شکل داد که پایدار بود و این مسیله شگفت آور است ، حتی اگر قطعه ها تنها توسط پیوندهای غیر کووالانسی نگهداری شوند.

انقلاب تکامل

نتایج مطالعه در چنین شرایط ساده ای نشان دهنده جهش در جهت شواهد تجربی است که چگونگی پیچ خوردگی زیست مولکول ها را می توان در مدت زمان طولانی قبل از زندگی را توضیح میدهد.

این تحقیق همچنان یک رویه رو به رشد از شواهد بی نظیری از مرکز تکامل شیمیایی را گسترش می دهد که با نیاز به یک روایت مواجه میشود که عوارض نادر و مواد نامطلوب ضروری برای ایجاد ساختار های پیش از حیات را توضیح دهد.
در عوض اکثر زیست مولکول ها احتمالا در چند مرحله تدریجی ظاهر می شوند، در ساختار های خاکستری آرام، باران و یا دریاچه های ساحلی که از امواج رد می شوند. مولکول های پیشرو با واکنش مناسب، این مراحل را به راحتی و مواد تکمیلی را برای مراحل تکاملی بیشتر فراهم می کنند.

مهندس زیرزمین

در آزمایشگاه، خودآزمون مارپیچی بسیار مولد بود که از ظرفیت تشخیص دستگاه برای بررسی خروجی فراتر رفت . مناطق یک میلیمتر مربع یا بیشتر در اندازه های خود با مجموعه های پلیمری مانند مارپیچ دو طرفه بسته بندی شده بودند.
Karunakaran میگوید:

برای دیدن آنها باید تنظیمات مربوط به تجهیزات را انجام داد.

من سوراخ فویل را سوراخ کردم و آن را در مقابل پرتو طیف سنجیمان قرار دادم.

این کار می کرد ولی نیاز به پیشرفت داشت، بنابراین هود آن را به خانه خود برد تا یک اسکنر خودکار که می توانست نتایج بسیار خوبی را تجربه کند، بسازد. .

این مناطق بزرگ مارپیچ های چپ گرد را نشان داد.

شکل معروف مارپیچ دی ان ای ممکن است با سهل انگاری به وجود آمده باشد
نمره شما به این پست