באדיבות Astropedia Textbook
האם פעם תהית מי הופיעה ראשונה התרנגולת או הביצה? אסטרוביולוגים הלומדים את מקורות החיים בכדור הארץ נאבקים בשאלה זו כל יום, רק בהקשר שונה במקצת. הם אינם שואלים שאלות על האורגניזמים החיים עצמם, אלא על טבען של המולקולות שהיו מבשרות החיים. על כדור הארץ, הבסיס המולקולרי לאחסון מידע גנטי באורגניזמים חיים היא החומצה deoxyribonucleic או DNA. ההוראות הכלולות במולקולות של דנ"א, ובסיוע מולקולות RNA מתרגמים האורגניזם הוראות אלה ליצירת חלבונים הנדרשים לנהל את התגובות בתא. ללא רנ"א, הדנ"א לא יתורגם לחלבונים. ובלי חלבונים, לא ניתן יהיה לזרז את התגובות הנדרשות. תצפיות אלה ואחרות, הובילו את המדענים לחקור את טבעו של המידע הראשוני שנושאות מולקולות החיים. כמה מדענים טוענים כי ה- RNA היה מולקולת אחסון המידע המקורית וכי DNA תפס את מקומה. מדענים אחרים מאמינים כי היו מולקולות אחרות שקדמו ל- RNA ובעזרתן פעלו צורות החיים הראשונות. אלה המאמינים כי RNA היה המולקולה הראשונה בעלת פונקציה זו מאמינים גם שה- RNA, במקום חלבונים, יכול לזרז את כל תגובות השכפול הדרושות לחיים. הם מתייחסים לזמן שבו הרנ"א מילא פונקציה זו כ"עולם ה- RNA".
מדוע מולקולה שאינה דנ"א הייתה המולקולה הראשונה שהכילה מידע? הדנ"א הוא מולקולה גדולה ומסובכת מאוד, והוא יציב ביותר כאשר שני גדיליו כרוכים יחד ויוצרים את הסליל הכפול. הדנ"א לא יכול להשתכפל ללא עזרת ה- RNA וחלבונים אנזימטיים המזרזים תגובות נדרשות. הדנ"א גם זקוק לעזרתם של חלבונים כדי לפתוח את שני הגדילים בעת השכפול וכדי למנוע הסתבכות הגדילים במהלך השכפול.
באדיבות וויקיפדיה
רנ"א, לעומת זאת, מופיע לעתים קרובות כגדיל אחד של חומצות גרעין. השדרה המרכזית של הרנ"א מיוצרת בפחות צעדים מאשר הדנ"א. ומכיוון שהוא מורכב מ"ארבע אותיות", הוא גם יכול להכיל מידע תורשתי. בשנת 1983, שני מדענים, תומאס צ'ק וסידני אלטמן, גילו באופן עצמאי כי כמה אנזימים יכול להיות בנויים מ- RNA במקום מחלבונים. האנזימים האלה, הידועים כיום בשם ריבוזומים, ביססו את אמינות הרעיון ש- RNA עשוי למלא תפקיד קטליטי בשכפול העצמי שלו. תופעה העשויה לבטל את הצורך בחלבונים כדי לזרז היווצרות פולימרים. אם אכן זהו המקרה, כי אז ניתן לדמיין שבכדור הארץ הקדמון הופיעו גדילים קצרים של מולקולות רנ"א שנוצרו באופן ספונטני, שחלקם היו מסוגלים חלקית או לחלוטין לזרז את השכפול העצמי שלהם. תרחיש זה יכול להתפתח עם הזמן באמצעות מוטציות אקראיות שהתרחשו בשל שגיאת העתקה. בסופו של דבר, דנ"א תפס את מקומו של רנ"א בשל אמינות גבוהה יותר בשכפול העצמי.
זה נשמע סביר, אבל הספקנים מצביעים על כמה פגמים מובנים בתיאוריה זו. ראשית, מולקולת הסוכר המשמשת לייצור מולקולות רנ"א היא. במהלך ניסיונות לדמות את היווצרות אקראית של מולקולות אורגניות במעבדה, מדענים לא הצליחו לייצר תגובה המייצרת כמות משמעותית של ריבוז במקום תערובת אקראית של סוכרים. אפילו אם מדענים היו מגלים תגובה ספונטנית, שמייצרת ריבוז בקלות ובכמויות גבוהות, היה עליהם להסביר את קצב המהיר שבו סוכרים היו מתפרקים בתנאים מוקדמים ששררו בכדור הארץ. לבסוף בדומה לביו-מולקולות רבות, סוכרים מיוצרים בצירופים רבים. איך החיים היו בוחרים מבנה אחד של סוכר מתוך תערובת שבה חצי "פונה לימין" וחצי "פונה לשמאל"?
אלמלא ה- RNA, מה היה המידע הראשון שהכילה המולקולה? כמה מדענים הציעו עולם טרום-רנ"א, שבו מולקולות דומות ל- RNA משרתות בתפקיד של מקרומולקולה נושאת מידע. בפרט, כמה מהם הציעו קיומה של מולקולה שאינה מכילה סוכר. מולקולות אלה, הנקראות חומצות גרעין פפטידיות, או PNAs, הן נקשרות לדנ"א ויש להן עמוד שדרה שונה מזה של ה- RNA. עם זאת, קיימות רק ראיות מועטות המצביעות על כך ש- PNA יכול ליצור פולימרים באותה קלות כמו רנ"א.
מאחר ואיננו יכולים לחזור אחורה בזמן ולהתבונן בכדור הארץ הקדמון, גילוי ההיסטוריה של החיים עומד להיות תהליך איטי. גם אם עולם ה- RNA יהפוך לתיאוריה המקובלת היחידה, המדענים יצטרכו להסביר כיצד עולם ה- RNA התקיים מלכתחילה! ועד שנגיע לתובנה טובה יותר של התנאים הפיזיים בכדור הארץ הקדמון, לא נוכל לחזות באופן מלא כיצד נוצרו מולקולות שהובילו ליצירת החיים. החיפוש אחר מקורות החיים נמשך.
Author: Chris Impey