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生命の分子起源:最初に形成されたもの–タンパク質、DNA、RNA、またはそれらの組み合わせ?

「生命の起源に関するいくつかの質問に答えましたが、まだ研究が必要です」と、原始地球条件でのアミノ酸の実験室合成を報告した後、1959年にスタンリーミラーとハロルドユーリーは言いました。 多くの進歩がありますが、科学者たちは長い間、根本的な問題に取り組んできました。原始地球、DNA、RNA、またはその両方で最初に形成された遺伝物質はどれですか? DNAとRNAの両方が原始的なスープに共存していた可能性があり、そこから生命体がそれぞれの遺伝物質とともに進化した可能性があることを示唆する証拠が現在あります。

分子生物学のセントラルドグマは次のように述べています DNA MAKES RNAを MAKES タンパク質。 タンパク質は、生物で起こるすべての反応ではないにしても、大部分の原因です。 生物の全体的な機能は、主にそれらの存在と相互作用に依存しています タンパク質 分子。 セントラルドグマによると、タンパク質はに含まれる情報によって生成されます DNA これは、RNAと呼ばれるメッセンジャーを介して機能性タンパク質に変換されます。 ただし、プリオン(DNAまたはRNAを含まない誤って折りたたまれたタンパク質分子)の場合のように、タンパク質自体はDNAまたはRNAなしで独立して生き残ることができますが、それ自体で生き残ることができます。

したがって、生命の起源にはXNUMXつのシナリオがあります。

A)タンパク質またはその構成要素が、何十億年も前に原始的なスープに存在していた大気中に生物的に形成できた場合、タンパク質は 生命の起源。 好意的な実験的証拠は、スタンリーミラーによる有名な実験から来ています1、2これは、メタン、アンモニア、水、水素の混合物が混合され、放電を通過して循環すると、アミノ酸の混合物が形成されることを示しています。 これはXNUMX年後に再び裏付けられました3 1959年にスタンリーミラーとハロルドユーリーによって、原始地球に還元性雰囲気が存在すると、上記のガスに加えて少量の一酸化炭素と二酸化炭素の存在下で有機化合物の合成が生じたと述べました。 Miller-Urey実験の関連性は、何年にもわたって科学的友愛によって疑問視されていました。彼らは、彼らの研究で使用されたガス混合物が、原始地球に存在する条件に対してあまりにも減少していると考えました。 多くの理論は、N2と水蒸気を含む過剰なCO2を含む中性大気に向けられています4。 しかし、中性の雰囲気もアミノ酸合成のもっともらしい環境として特定されています5。 さらに、タンパク質が生命の起源として機能するためには、タンパク質が自己複製し、生物で起こるさまざまな反応に対応するためにさまざまなタンパク質の組み合わせをもたらす必要があります。

B)原始的なスープが DNA および/または形成されるRNAの場合、これらのいずれかが遺伝物質である可能性があります。 これまでの研究では、RNAは一本鎖として存在し、酵素として作用するため、RNA自体が折りたたまれる能力があるため、生命の起源の遺伝物質であることが支持されていました。6、より多くのRNA分子を作ることができます。 自己複製RNA酵素の数7 RNAが出発遺伝物質であることを示唆する何年にもわたって発見されてきました。 これは、混合物にリン酸塩を含めることにより、原始的なスープと同様の環境でRNAのXNUMXつの塩基の形成をもたらしたジョンサザーランドのグループによって行われた研究によってさらに強化されました8。 RNAビルディングブロックの形成は、Miller-Ureyの実験で使用されたものと同様に、還元性雰囲気(アンモニア、一酸化炭素、水を含む)をシミュレートし、放電と高出力レーザーを通過させることによっても示されています。9。 RNAが創始者であると信じられるとしたら、いつ、どのようにしてDNAとタンパク質が生まれたのでしょうか。 RNAの不安定な性質とそれに続くタンパク質のために、DNAは後で遺伝物質として発達しましたか? これらすべての質問に対する答えはまだ答えられていません。

C)生命の起源につながった原始的なスープにDNAとRNAが共存できるという3番目のシナリオは、XNUMXに発表された研究から来ました。rd 2020年XNUMX月、英国ケンブリッジのMRC研究所のジョンサザーランドのグループによる。 研究者たちは、何十億年も前に原始地球に存在していた条件を、実験室の浅い池でシミュレートしました。 彼らは最初にRNAを形成する化学物質を水に溶解し、次にそれらを乾燥および加熱し、次にそれらを原始時代に存在する太陽光線をシミュレートする紫外線にさらしました。 これは、RNAのXNUMXつの構成要素だけでなくDNAの合成にもつながり、生命の起源の時点で両方の核酸が共存していたことを示唆しています。10.

今日存在し、分子生物学のセントラルドグマを尊重する現代の知識に基づいて、生命の起源とタンパク質形成につながったDNAとRNAが共存したことは後で起こった/起こったと考えられます。

ただし、著者は、XNUMXつの重要な生体高分子すべてが存在する別のシナリオを推測したいと考えています。 DNA、RNA、タンパク質は原始的なスープに一緒に存在していました。 地球の表面の化学的性質、火山の噴火、アンモニア、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素などのガスの存在を含む原始的なスープに存在する厄介な条件は、すべての高分子が形成されるのに理想的だった可能性があります。 これのヒントは、核酸塩基が同じ還元性雰囲気で形成された、Ferusらによって行われた研究によって提供されました。9 Miller-Ureyの実験で使用されました。 この仮説を信じるなら、進化の過程で、さまざまな生物がいずれかの遺伝物質を採用し、それが前進する彼らの存在を支持しました。

しかし、私たちが生命の起源を理解しようとするとき、生命がどのように発生し、伝播したかについての基本的で適切な質問に答えるために、さらに多くの研究が必要です。 これには、科学で従う現在の教義によって私たちの思考に導入された偏見に依存することなく、「すぐに使える」アプローチが必要になります。

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参照:

1. Miller S.、1953。可能な原始地球条件下でのアミノ酸の生産。 化学。 15年1953月117日:Vol。 3046、Issue 528、pp.529-XNUMX DOI: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. Bada JL、Lazcano A. et al 2003. Prebiotic Soup–ミラー実験の再考。 科学02年2003月300日:Vol。 5620、Issue 745、pp.746-XNUMX DOI: https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. MillerSLおよびUreyHC、1959年。原始地球での有機化合物の合成。 科学31年1959月130日:Vol。 3370、Issue 245、pp.251-XNUMX。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4.カスティングJF、ハワードMT。 2006年。初期の地球の大気組成と気候。 Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 361:1733–1741(2006)。 公開日:07年2006月XNUMX日。DOI: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. Cleaves HJ、Chalmers JH、etal2008。中性惑星大気におけるプレバイオティクス有機合成の再評価。 Orig Life Evol Biosph 38:105–115(2008)。 DOI: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6. Zaug、AJ、CechTR。 1986年。テトラヒメナの​​介在配列RNAは酵素です。 科学31年1986月231日:Vol。 4737、Issue 470、pp.475-XNUMX DOI: https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. Wochner A、Attwater J、et al2011。リボザイムが触媒する活性リボザイムの転写。 科学08月332日:Vol。 6026、Issue 209、pp.212-2011(XNUMX)。 DOI: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. Powner、M.、Gerland、B。&Sutherland、J.、2009。前生物的にもっともらしい条件での活性化ピリミジンリボヌクレオチドの合成。 Nature 459、239–242(2009)。 https://doi.org/10.1038/nature08013

9. Ferus M、Pietrucci F、et al 2017. Miller–Urey還元性雰囲気での核酸塩基の形成。 PNAS 25年2017月114日17(4306)4311-10; 2017年XNUMX月XNUMX日に最初に公開されました。DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. Xu、J.、Chmela、V.、Green、N。etal。 2020RNAピリミジンおよびDNAプリンヌクレオシドの選択的プレバイオティクス形成。 Nature 582、60–66(2020)。 公開日:03年2020月XNUMX日。DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

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ラジーブソニ
ラジーブソニhttps://www.RajeevSoni.org/
Rajeev Soni博士(ORCID ID:0000-0001-7126-5864)は博士号を取得しています。 英国ケンブリッジ大学でバイオテクノロジーの博士号を取得し、スクリップス研究所、ノバルティス、ノボザイムズ、ランバクシー、バイオコン、ビオメリューなどのさまざまな研究所や多国籍企業で、また米国海軍研究所の主任研究員として、世界中で25年の経験があります。薬物発見、分子診断、タンパク質発現、生物学的製造および事業開発において。

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