För miljarder år sedan blandades molekyler på en livlös och tumult jord som bildade de första livsformerna. Senare senare kramar en större, smartare livsform över laboratorieexperiment som försöker förstå sin egen början.
Medan vissa säger att livet uppstod från enkla kedjor av molekyler, säger andra tidiga kemiska reaktioner bildade självreplikerande RNA. En släkting till DNA, RNA fungerar som en avkodare eller budbärare för genetisk information.
En ny studie ger bevis för RNA-idén, som är känd som "RNA-världshypotesen." Men minst en ingrediens i tidigt RNA kan skilja sig från vad som finns i den moderna formen, rapporterade en grupp forskare den 3 december i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences.
Modernt RNA, tillsammans med dess socker- och fosfatryggraden, består av fyra huvudbyggnadsblock: nukleobaser som kallas adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och uracil (U).
Men det visar sig att tidigt RNA kan ha haft en nukleobas som inte är en del av den moderna formen.
I små plaströr placerade forskarna vatten, lite salt, buffert för att hålla pH-basen och magnesiumjoner för att påskynda reaktionerna. Dessa förhållanden liknar dem som finns i en sötvattensjö eller damm, en krater sjö eller den typ av sjö eller pool som finns i vulkanregioner som Yellowstone National Park - alla platser där livet kunde ha börjat.
Forskarna lade sedan till en liten bit RNA som kallas en primer fäst vid en längre RNA-bit som kallas en mall. Nytt RNA skapas när en primer kopierar mall-RNA genom basparning. Nukleobaserna matchar unikt med varandra; C binds endast med G, och A binds endast med U.
Forskarna lade till nukleobaserna (A, C, G och U) så att de kunde binda till mallen och därmed förlänga den kortare biten, primern. Resultaten visade att med ingredienser från modernt RNA fungerade reaktionen inte tillräckligt snabbt för att RNA skulle kunna bildas och replikeras utan fel.
Men sedan tillsatte forskarna en annan kemikalie, kallad inosin, i blandningen istället för den guaninbaserade molekylen. Efter det blev forskarna förvånade över att RNA kunde bilda och replikera något mer exakt än i en blandning med guanin.
Denna blandning orsakade inte det som kallas en "felkatastrof", vilket innebar att mutationer eller slumpmässiga misstag i replikeringar förblev under en tröskel, vilket säkerställde att de kunde elimineras innan de samlades.
"Det faktum att överträffar problemet med felkatastrof är ett viktigt test av betydelse," sade David Deamer, en biolog vid University of California, Santa Cruz, som inte var en del av studien. Hans enda tvist är påståendet att inosin är mer sannolikt vid framställning av primitivt RNA än andra alternativa baser, sade Deamer. Han tror ännu inte att de andra baserna borde uteslutas, eftersom "detta är en ganska bred påstående ... baserad på en mycket specifik kemisk reaktion", sa Deamer till Live Science
Men eftersom inosin lätt kan härledas från ett annat baspar, adenin, gör det processen med ursprungslivet "enklare" än om du var tvungen att göra guanin från grunden, sade John Sutherland, en forskare i molekylärbiologiens kemiska ursprung vid MRC Laboratory of Molecular Biology i Storbritannien, som inte heller deltog i studien.
Resultaten bryter "den konventionella visdom som inosin inte kunde ha varit användbar", berättade Sutherland för Live Science. Inosine hade fått detta rykte eftersom det fungerar ett mycket specifikt jobb i en form av RNA som kallas transfer RNA, som avkodar genetisk information.
Inosine ansågs "vingla" eller binda till olika baspar snarare än till ett enda. Det skulle ha gjort det till en dålig molekyl för att ge unika instruktioner för att bilda nytt RNA, eftersom det inte hade varit tydlig riktning för vad inosin kunde binda med. Och så, "många av oss hade felaktigt tänkt att det var en inneboende egenskap av inosin," sade Sutherland. Men denna studie visade att inosin, i det tidiga världssammanhanget där RNA först uppstod, inte vinglar utan istället parar pålitligt med cytosin, tillade han.
"Det är helt meningsfullt nu, men baserat på de äldre resultaten förväntade vi oss inte att inosin skulle fungera lika bra som det gjorde", säger studieförfattaren Jack Szostak, professor i kemi och kemisk biologi vid Harvard University, som också är en nobelpristagare.
Szostak och hans team försöker nu ta reda på hur det primitiva RNA annars skulle kunna ha varit annorlunda än modernt RNA - och hur det så småningom förvandlades till modernt RNA. Mycket av deras laboratorium fokuserar också på hur RNA-molekyler replikerades innan enzymer utvecklades. (Enzymer är proteiner som påskyndar kemiska reaktioner.)
"Det här är en stor utmaning", sa Szostak till Live Science. "Vi har gjort mycket framsteg, men det finns fortfarande olösta pussel."
Sutherland noterade också att fältet i allmänhet går från en ren "RNA-världshypotes" till en som ser fler komponenter blandade i kitteln som skapade liv. Dessa inkluderar lipider, peptider, proteiner och energikällor. Han tillade att i forskarnas sinnen, "Det är en mindre puristisk RNA-värld än tidigare."
