जैव रसायनविदों का तर्क है कि क्या आरएनए युग का अंत आ रहा है

दशकों से, प्रमुख भूमिका में आरएनए के साथ जीवन की उत्पत्ति के सिद्धांत ने एक अग्रणी स्थान पर कब्जा कर लिया है। नए शोध इस सिद्धांत के आधार पर जीवन की उत्पत्ति में विश्वास को हिला सकते हैं।

एक लोकप्रिय सिद्धांत का दावा है कि जीवन एक रासायनिक-समृद्ध सूप से आया था जिसमें आरएनए पहली बार खुद को पुन: उत्पन्न करना शुरू कर दिया था। लेकिन पेप्टाइड्स और आरएनए का संयोजन अधिक प्रभावी हो सकता है

चार अरब साल पहले, पृथ्वी के प्रागैतिहासिक रासायनिक सूप में चक्कर लगाते हुए, जीवन के पहले आणविक अग्रदूत दिखाई दिए। हालांकि इन अणुओं की सटीक परिभाषा चिढ़ बहस का विषय बनी हुई है, वैज्ञानिक सहमत हैं कि इन अणुओं को दो मुख्य कार्यों को करने की आवश्यकता है: जानकारी को बचाने और रासायनिक प्रतिक्रियाओं को उत्प्रेरित करना। आधुनिक कोशिकाएं इन शक्तियों को क्रमशः डीएनए और उसके प्रोटीन में स्थानांतरित करती हैं - लेकिन जीवन और जीव विज्ञान की पाठ्यपुस्तकों की उत्पत्ति के आधुनिक अध्ययनों में प्रचलित लोकप्रिय व्याख्या के अनुसार, आरएनए इस भूमिका को निभाने वाले पहले व्यक्ति थे, जिन्होंने डीएनए और प्रोटीन के लिए मार्ग प्रशस्त किया और बाद में इन कर्तव्यों को जब्त कर लिया।

इस परिकल्पना को 1960 के दशक में प्रस्तावित किया गया और दो दशक बाद " आरएनए दुनिया " का उपनाम दिया गया, जिसे अब जीवन की शुरुआत के लिए सबसे अधिक संभावित स्पष्टीकरण माना जाता है। पर्याप्त वैकल्पिक "दुनिया" भी हैं, लेकिन उन्हें आमतौर पर आरक्षित सिद्धांत माना जाता है, कल्पना की विचित्र उड़ानें और विचित्र विचार प्रयोग।

मुख्य रूप से क्योंकि आरएनए विश्व की परिकल्पना को बड़ी संख्या में प्रायोगिक साक्ष्य द्वारा समर्थित किया गया है, जो उनके प्रतियोगियों ने प्राप्त किया है। पिछले महीने, हमने एक वैकल्पिक सिद्धांत पर सूचना दी , जिसके अनुसार प्रोटीन जैसे अणु आरएनए के बजाय पहले स्व-प्रजनन करने वाले अणु हो सकते हैं। लेकिन ये निष्कर्ष विशुद्ध रूप से कम्प्यूटेशनल थे - तब शोधकर्ता अपने बयानों के पक्ष में सबूतों की तलाश में प्रयोग शुरू कर रहे थे।

अब, शोधकर्ताओं के एक जोड़े ने एक और सिद्धांत सामने रखा है - इस बार आरएनए और पेप्टाइड्स के संयुक्त विकास को शामिल करते हुए - जो उन्हें उम्मीद है, आरएनए दुनिया की नींव को हिला सकता है।

आरएनए क्यों गायब था

हाल के पत्र पत्रिकाओं में प्रकाशित Biosystems और आणविक जीवविज्ञान और विकास योजनाबद्ध रूप से साक्ष्य का वर्णन करते हैं कि RNA विश्व परिकल्पना बाद के विकासवादी घटनाओं के लिए पर्याप्त सबूत प्रदान नहीं करती है। इसके बजाय, उत्तरी कैरोलिना विश्वविद्यालय में एक संरचनात्मक जीवविज्ञानी चार्ल्स कार्टर कहते हैं, काम के लेखकों में से एक, उनका मॉडल एक उपयुक्त प्रस्ताव बनाता है। उन्होंने कहा, "कभी भी एक बहुलक, जीवन के हिस्से के रूप में हमारे द्वारा बताई गई सभी प्रक्रियाओं को पूरा नहीं कर सकता है।"


चार्ल्स कार्टर, स्ट्रक्चरल बायोलॉजिस्ट, यूनिवर्सिटी ऑफ नॉर्थ कैरोलिना

उनकी टीम द्वारा किए गए अध्ययन के अनुसार, यह एकल बहुलक आरएनए नहीं हो सकता है। इस अणु का मुख्य आक्षेप कटैलिसीस है : कुछ अध्ययनों से पता चला है कि जीवन के लिए कामकाज शुरू करने के लिए, रहस्यमयी बहुलक को रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर को समन्वित करने में सक्षम होना चाहिए जो परिमाण के 20 आदेशों द्वारा तीव्रता में भिन्नता के साथ गति कर सकते हैं। यहां तक ​​कि अगर आरएनए किसी भी तरह से प्रीबायोलॉजिकल दुनिया में ऐसा करने में कामयाब रहा, तो उत्प्रेरक के रूप में इसकी क्षमताओं को जलते तापमान - 100 डिग्री सेल्सियस के क्रम के अनुकूल होना चाहिए - जो प्रारंभिक पृथ्वी पर प्रबल था। जब ग्रह ठंडा होना शुरू हुआ, तो कार्टर के अनुसार, आरएनए, विकसित नहीं हो सका और आगे तुल्यकालन बनाए रखेगा। रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक सिम्फनी जल्द ही अलग हो जाएगी।

शायद सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि अकेले आरएनए के साथ दुनिया आनुवंशिक कोड की उपस्थिति की व्याख्या नहीं करती है जो कि अधिकांश जीवित जीवों का उपयोग आज आनुवंशिक जानकारी को प्रोटीन में स्थानांतरित करने के लिए किया जाता है। कोड 64 संभावित ट्रिन्यूक्लियोटाइड आरएनए अनुक्रमों में से प्रत्येक को लेता है और उन्हें प्रोटीन बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले 20 अमीनो एसिड में से एक के साथ जोड़ता है। न्यूजीलैंड में ऑकलैंड विश्वविद्यालय से कार्टर के सह-लेखक पीटर विल्स कहते हैं कि ऐसे कार्यों को पूरा करने के लिए नियमों का चयन करना, जो इस तरह के कार्य को पूरा करने के लिए बहुत अधिक विश्वसनीय हों, अकेले आरएनए को ले जाएगा। यह उसकी संभावना नहीं लगती है। विल्स के दृष्टिकोण से, आरएनए अपने स्वयं के गठन के लिए उत्प्रेरक बन सकता है, जो इसे "रासायनिक रूप से रिफ्लेक्टिव" बना देगा, लेकिन इसमें "कम्प्यूटेशनल रिफ्लेक्सिटी" का अभाव था।


पीटर विल्स, न्यूजीलैंड में ऑकलैंड विश्वविद्यालय में बायोफिजिसिस्ट

"एक प्रणाली जो जानकारी का उपयोग करती है जिस तरह से जीव आनुवंशिक जानकारी का उपयोग करते हैं - अपने घटकों को संश्लेषित करने के लिए - चिंतनशील जानकारी होनी चाहिए," विल्स ने कहा। चिंतनशील जानकारी, इसकी परिभाषा से, ऐसी जानकारी है कि "सिस्टम में एन्कोड किया जा रहा है, यह ऐसे घटकों का निर्माण करता है जो इस विशेष कोडिंग को अंजाम देते हैं।" आरएनए दुनिया की परिकल्पना से आरएनए, उन्होंने कहा, एक सरल रसायन विज्ञान है क्योंकि यह अपने रसायन विज्ञान को नियंत्रित करने में असमर्थ है। "आरएनए दुनिया आपको आनुवंशिकी के बारे में कुछ भी नहीं बताती है," उन्होंने कहा।

प्रकृति को एक और रास्ता खोजने की जरूरत है, आनुवंशिक कोड बनाने के लिए सबसे अच्छा शॉर्टकट। कार्टर और विल्स का मानना ​​है कि उन्होंने इस शॉर्ट कट को खोल दिया है। यह एक छोटे फीडबैक लूप पर निर्भर करता है जो केवल आरएनए से नहीं बढ़ेगा, लेकिन पेप्टाइड्स और आरएनए के एक जटिल से उभर सकता है।

पेप्टाइड्स को व्यापार में लाना

1970 के दशक के मध्य में कार्टर को इस परिसर के संकेत मिले जब उन्होंने संस्थान में जाना कि अधिकांश प्रोटीन में पाए जाने वाले कुछ संरचनाएं "दाएं हाथ" हैं। संरचनाओं में परमाणुओं को दो समान तरीकों से आयोजित किया जा सकता है, जो एक दूसरे से अलग हैं, लेकिन सभी संरचनाएं केवल एक ही विधि का उपयोग करती हैं। डीएनए और आरएनए बनाने वाले अधिकांश न्यूक्लिक एसिड भी दाएं हाथ के होते हैं। कार्टर ने आरएनए और पॉलीपेप्टाइड को पूरक संरचना के रूप में मानना ​​शुरू किया, और एक जटिल मॉडल तैयार किया जिसमें "वे एक दूसरे के लिए, एक हाथ और एक दस्ताने की तरह बनाए गए थे।"

इसका मतलब आरएनए और पॉलीपेप्टाइड्स के बीच सूचना के आदान-प्रदान का आधार प्राथमिक कोडिंग की संभावना है। उन्होंने इस प्रक्रिया को एक आधुनिक, बहुत अधिक जटिल आनुवांशिक कोड से वापस एक्सट्रपलेट करते हुए कैसे देखा जा सकता है, इस पर काम किया। 1986 में जब परिकल्पना, जिसे "आरएनए दुनिया" कहा जाता था, ने लोकप्रियता हासिल की, कार्टर ने अपने प्रवेश से, बिना शर्त के। ऐसा लगता है कि दस साल पहले प्रस्तावित पेप्टाइड्स और आरएनए की उनकी दुनिया को पूरी तरह से नजरअंदाज कर दिया गया था।

तब से, उन्होंने, विल्स, और अन्य लोगों ने उस अध्ययन पर लौटने वाले एक सिद्धांत पर सहयोग किया। उनका मुख्य लक्ष्य सबसे सरल आनुवंशिक कोड को कम करना था जो आधुनिक, अधिक विशिष्ट और जटिल से पहले था। इसलिए, वे न केवल गणना में बदल गए, बल्कि आनुवंशिकी के लिए भी।

उनका सिद्धांत 20 "लोड" अणुओं, अमीनोसिल-टीआरएनए सिंथेटिस पर आधारित है। ये उत्प्रेरक एंजाइम आरएनए को कुछ अमीनो एसिड को आनुवंशिक कोड के नियमों के अनुसार बांधने की अनुमति देते हैं। "एक अर्थ में, इन एंजाइमों के सक्रिय बिंदुओं की विशेषता पर आनुवंशिक कोड लिखा गया है", दक्षिण अफ्रीका में स्टेलनबॉश विश्वविद्यालय में जैव रसायनज्ञ जेनी हॉफमीर कहते हैं, जो अध्ययन में शामिल नहीं थे।

पिछले अध्ययनों से पता चला है कि 20 एंजाइमों को उनकी संरचना और अनुक्रमों के आधार पर 10 टुकड़ों के दो समूहों में समान रूप से विभाजित किया जा सकता है। एंजाइमों के इन दो वर्गों में निश्चित रूप से विशेष रूप से अनन्य अमीनो एसिड एन्कोडिंग होते हैं - अर्थात, इन एंजाइमों को एक प्राचीन जीन की पूरक श्रृंखला से प्रकट होना चाहिए। कार्टर, विल्स और सहकर्मियों ने पाया कि इस मामले में, आरएनए ने केवल दो नियमों के सेट का उपयोग करके पेप्टाइड्स को एन्कोड किया (या, दूसरे शब्दों में, दो प्रकार के अमीनो एसिड का इस्तेमाल किया)। परिणामी पेप्टाइड्स ने वही नियम बनाए रखे जो संचरण प्रक्रिया को नियंत्रित करते हैं, जो इस सिद्धांत के लिए एक महत्वपूर्ण प्रतिक्रिया पाश बनाता है।


आरएनए पेप्टाइड दुनिया

जीवन आरएनए और पेप्टाइड्स की बातचीत से उभर सकता है जो पहले आनुवंशिक कोड के रूप में कार्य करता था। एक आत्मनिर्भर प्रतिक्रिया पाश आधुनिक प्रोटीन में पाए जाने वाले 20 प्रकारों के बजाय सिर्फ दो प्रकार के अमीनो एसिड से चुनकर एंजाइम का निर्माण करेगा।

1) "एंजाइम लोड करें" आरएनए में आधारों के अनुक्रम के साथ मेल खाता है और पहले (लाल) और दूसरे (हरा) वर्ग के बाध्य अमीनो एसिड से पेप्टाइड्स की श्रृंखला बनाने में मदद करता है।
2) पेप्टाइड श्रृंखला कार्यात्मक रूपों में गुना
3) श्रृंखला के आकार के आधार पर, पहली या दूसरी कक्षा के एमिनो एसिड चुने जाते हैं और सक्रिय लोड एंजाइम बन जाते हैं।
4) एंजाइम आरएनए के साथ बातचीत करते हैं और बनने वाली श्रृंखलाओं में अमीनो एसिड वितरित करते हैं

गोडेल का प्रमेय और जीवन का रसायन

दार्शनिक और गणितज्ञ कर्ट गोडेल द्वारा वर्णित गणित में कार्टर इस लूप और लूप के बीच बहुत सारी समानताएं देखता है, जिसका अधूरापन प्रमेय उन बयानों को पोस्ट करता है जो सिस्टम द्वारा स्वयं को साबित या अव्यवस्थित नहीं किया जा सकता है, यह आवश्यक रूप से किसी भी तार्किक प्रणाली में दिखाई देगा। कार्टर ने कहा, "मेरा मानना ​​है कि गोडेल की प्रमेय के साथ समानता अनिवार्यता के लिए एक बहुत मजबूत तर्क प्रदान करती है।"

हाल के कार्यों में, कार्टर और विल्स दिखाते हैं कि उनका पेप्टाइड-आरएनए दुनिया जीवन की उत्पत्ति के इतिहास में अंतराल के साथ समस्याओं को हल करता है कि केवल एक आरएनए की व्याख्या करने में असमर्थ है। "वे विश्वसनीय सैद्धांतिक और प्रायोगिक सबूत प्रदान करते हैं कि आरएनए और पेप्टाइड्स शुरू से ही आनुवंशिक कोड की पीढ़ी में शामिल रहे हैं," हॉफमीर ने कहा, "और यह कि चयापचय, प्रतिलिपि बनाने, संचरण और प्रजनन के माध्यम से एक साथ विकसित होना चाहिए।"



बेशक, कार्टर-विल्स मॉडल एक आनुवंशिक कोड के साथ शुरू होता है, जिसके अस्तित्व में जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाएं शामिल होती हैं, जिसमें परिवहन आरएनए और लोड एंजाइम जैसे अणु शामिल होते हैं। शोधकर्ताओं का दावा है कि उनके प्रस्तावित परिदृश्य से पहले की घटनाओं में, आरएनए और पेप्टाइड्स की सहभागिता शामिल थी। हालांकि, यह धारणा बहुत सारे खुले प्रश्न छोड़ती है कि इस तरह की रसायन विज्ञान की शुरुआत कैसे हुई और यह कैसे दिखी।

इन सवालों का जवाब देने के लिए, कई सिद्धांत हैं जो आरएनए की दुनिया से बहुत आगे जाते हैं। कुछ वैज्ञानिक भी कार्टर और विल्स के विपरीत दृष्टिकोण अपनाते हैं: उनका मानना ​​है कि जीवन के विकास के शुरुआती चरण आज जरूरी रसायन विज्ञान से मिलते-जुलते नहीं हैं। इजरायल में विजमैन इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस के एक जीनोम शोधकर्ता डोरोन लैंसेट , लिपिड की विधानसभा के आधार पर एक वैकल्पिक सिद्धांत प्रदान करता है जो विभिन्न अणुओं के प्रवेश और निकास को उत्प्रेरित करता है। सूचना आनुवंशिक अनुक्रमों से नहीं, बल्कि लिपिड रचनाओं द्वारा प्रसारित होती है।

कार्टर-विल्स मॉडल की तरह, लैंसेट विचार में एक प्रकार का अणु शामिल नहीं है, लेकिन उनमें से एक बड़ी संख्या है। "वैकल्पिक विकल्प की परिकल्पना की पुष्टि करने में सक्षम" लैंसेट कहते हैं, "अधिक से अधिक साक्ष्य एकत्र किए जा रहे हैं।" अब तक, वैज्ञानिकों ने यह तय नहीं किया है कि वास्तव में जीवन की उत्पत्ति पर क्या हुआ, लेकिन, जाहिर है, वे एक इतिहास से दूर जाना शुरू कर रहे हैं जिसमें विशेष रूप से एक आरएनए था। "हमें केवल आरएनए टोकरी में कुछ अंडे लगाने की जरूरत है," हॉफमीर ने कहा।