מיון החיטה מן המוץ

Anonim

פיזיקאים מלודוויג-מקסימיליאנס-אוניברסייטט (LMU) במינכן דיווחו כי מפלסי הטמפרטורה בתוך הנקבוביות בסלע יכלו להפריד ביופולימרים פרימיטיביים על בסיס רצפים שלהם - תנאי מוקדם חיוני להיווצרות של מערכות שכפול עצמי באוקיינוס ​​הראשוני.

השלב המוקדם ביותר בתהליך שהוליד אורגניזמים חיים על הפלנטה שלנו נחשב כקשור אינטראקציות סלקטיביות בין מולקולות פרביוטיות פשוטות שאיפשרו להם ליצור מבנים כימיים מורכבים יותר ויותר. מבנים אלה גררו בסופו של דבר לאחסן מידע גנטי ולהעביר אותו על ידי שכפול עצמי. המועמדים הסבירה ביותר עבור מערכות שכפול עצמי אלה הן מולקולות פולימריות המורכבות ממכונות משנה הנקראות ribonucleotides. מולקולות רנ"א אלה היו יכולות לספק את נקודת המוצא לאבולוציה הביולוגית, שהובילה לתא הראשון ולכל מה שבא אחריו. כריסטוף מאסט ודיטר בראון (פרופסור לביופיסיקה של מערכות ב- LMU) חקרו כיצד מולקולות מבשר כגון ריבונוקליוטידים (והדיוקסיריבונוקליוטידים של דנ"א החומר) הנמצאים באקלים הקדמוני של כדור הארץ יכלו לצבור מקומית בריכוזים גבוהים מספיק כדי לאפשר להם אינטראקציה.

אבל איך היה החיטה מופרדים מן המוץ במערכות כאלה? במילים אחרות, איזה מנגנון יכול היה להפריד בין "שימושי" לבין מולקולות רנ"א "חסרות תועלת", וריכז את הראשון מספיק כדי לתת להם הזדמנות לתקשר עם שרשראות רנ"א אחרות ולהיות מוארך? עבודה חדשה של בראון, שגם היא חברה ביוזמת המערכות של מינכן (NIM) ובמרכז NanoScience (CNS), יחד עם כריסטוף מאסט ומתיאס מוראש, מצביעה על תשובה אפשרית. בניסויי מעבדה קודמים, בראון ועמיתיו הראו כי הבדלי הטמפרטורה בערוצים מלאים במים, כגון אלה שנמצאו בפלטות הידרו-תרמיות ובסלע הבולט המוטבע על רכסים באמצע האוקיינוס, מסוגלים לחלק את מולקולות הדנ"א על ​​פי אורכם. עכשיו הם מראים כי אותו מנגנון יכול גם למיין גדילי דנ"א שונים זה מזה ברצף נוקליאוטידים שלהם זה מזה. הממצאים שלהם מופיעים בגיליון האחרון של כתב העת Angewandte Chemie.

מחיצות תלויות ברצף

במקום דגימות של סלע נקבובי, החוקרים LMU השתמשו צינורות נימי זכוכית מלא תמיסה מימית המכילה תערובות של שני שברי דנ"א עם רצפים נוקליאוטידים שונים במקצת עבור הניסויים שלהם. "דנ"א קשורה קשר כימי עם רנ"א ומתנהגת בצורה דומה בתנאי הניסוי שלנו, אבל היא יציבה יותר ולכן קל יותר לטפל בה", אומר מתיאס מוראש, המחבר הראשון של המחקר החדש. ה- DNA המכיל "נקבוביות" היו מחוממים אז מהצד האחד, מה שהופך שיפוע של כ 17 ° C בתוך נימי, ואת ההפצה של מולקולות הדנ"א נותח. בתנאים אלה, מולקולות הדנ"א השונות נמצאות להפריד בין מכלולים הומוגניים, מרוכזים מאוד, בהתאם לרצפים שלהם ויכולתם לתקשר זה עם זה באמצעות זיווג בסיס משלים. כך בנוסף למיון מולקולות על פי אורכם, הבדלי הטמפרטורה יכולים גם לסדר מיון תלוי רצף. שתי ההשפעות מבוססות על התופעה של תרמופורזה, התגובה הדיפרנציאלית של מרכיבים של תערובות מולקולריות לדרגות טמפרטורה.

"ההפרדה כל כך יעילה, כי סוגים מסוימים של שברי למעשה מתעבות לתוך ג'לים כאשר הם הכלאה עם מולקולות שותפים משלימים." אפילו יותר בולט, רצפים שונים זה מזה רק על ידי כמה בסיסים מחולקים לתוך ג'לים שונים, "מסט מסביר. דרגה זו של ספציפיות היתה הפתעה גדולה, כי ג'ל דנ"א שנוצרו על ידי ייבוש לא מראה שום עדות להבדל תלוי רצף. זה טוען כי הוא טמפרטורה הדרגתי בתוך הנקבוביות שעושה את ההבדל חיוני. "הגדרות שבהן נקבוביות בסלע וולקני נחשפו זרימת חום כיוונית היו כנראה נפוץ מאוד על כדור הארץ הצעיר", אומר בראון. לכן, מיון מונע על ידי טמפרטורות עשוי לספק מנגנון חשוב למחיצות ולריכוז של ביומולקולות שיכולות ליצור אינטראקציה אחת עם השנייה, ובכך לאפשר להן ליצור רשתות פולימר ארוכות יותר וארוכות יותר - תנאי מוקדם חיוני למקור החיים.

menu
menu