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जीवन की आणविक उत्पत्ति: सबसे पहले क्या बना - प्रोटीन, डीएनए या आरएनए या उनका संयोजन?

स्टैनली मिलर और हेरोल्ड उरे ने 1959 में आदिम पृथ्वी स्थितियों में अमीनो एसिड के प्रयोगशाला संश्लेषण की रिपोर्ट करने के बाद कहा था, 'जीवन की उत्पत्ति के बारे में कई सवालों के जवाब दिए गए हैं, लेकिन बहुत कुछ का अध्ययन किया जाना बाकी है।' कई प्रगतियाँ हुई हैं फिर भी वैज्ञानिक लंबे समय से एक बुनियादी सवाल से जूझ रहे हैं - आदिम पृथ्वी पर सबसे पहले कौन सा आनुवंशिक पदार्थ बना था, डीएनए or आरएनए, या दोनों का थोड़ा सा? ऐसा सुझाव देने के लिए अब सबूत मौजूद हैं डीएनए और आरएनए हो सकता है कि दोनों प्राइमर्डियल सूप में सह-अस्तित्व में रहे हों, जहाँ से संबंधित आनुवंशिक सामग्रियों के साथ जीवन रूप विकसित हुए हों।

आणविक जीव विज्ञान के केंद्रीय सिद्धांत में कहा गया है कि डीएनए बनाता है आरएनए बनाता है प्रोटीन. प्रोटीन किसी जीव में होने वाली सभी नहीं तो अधिकांश प्रतिक्रियाओं के लिए जिम्मेदार होते हैं। किसी जीव की संपूर्ण कार्यक्षमता मुख्य रूप से उनकी उपस्थिति और परस्पर क्रिया पर निर्भर करती है प्रोटीन अणु. केंद्रीय हठधर्मिता के अनुसार, प्रोटीन में निहित जानकारी द्वारा निर्मित होते हैं डीएनए जिसे कार्यात्मक में परिवर्तित किया जाता है प्रोटीन आरएनए नामक संदेशवाहक के माध्यम से। हालाँकि, ऐसा संभव है प्रोटीन स्वयं बिना किसी के स्वतंत्र रूप से जीवित रह सकते हैं डीएनए or आरएनए, जैसा कि प्रिओन (गलत मुड़ा हुआ) के मामले में है प्रोटीन अणु जिनमें शामिल नहीं हैं डीएनए or आरएनए), लेकिन अपने दम पर जीवित रह सकते हैं।

इस प्रकार, जीवन की उत्पत्ति के लिए तीन परिदृश्य हो सकते हैं।

ए) यदि प्रोटीन या इसके निर्माण खंड उस वातावरण के दौरान अजैविक रूप से बनने में सक्षम थे जो अरबों साल पहले प्राइमोर्डियल सूप में मौजूद था, प्रोटीन का आधार कहा जा सकता है जीवन की उत्पत्ति. इसके पक्ष में प्रायोगिक साक्ष्य स्टेनली मिलर के प्रसिद्ध प्रयोग से आता है1, 2, जिसने दिखाया कि जब मीथेन, अमोनिया, पानी और हाइड्रोजन के मिश्रण को एक साथ मिलाया जाता है और एक विद्युत निर्वहन के बाद परिचालित किया जाता है, तो अमीनो एसिड का मिश्रण बनता है। सात साल बाद फिर से इसकी पुष्टि हुई3 1959 में स्टेनली मिलर और हेरोल्ड उरे ने कहा कि आदिम पृथ्वी में घटते वायुमंडल की उपस्थिति ने संश्लेषण को जन्म दिया जैविक उपर्युक्त गैसों और कम मात्रा में कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति में यौगिक। मिलर-उरे प्रयोगों की प्रासंगिकता पर वैज्ञानिक बिरादरी द्वारा कई वर्षों तक सवाल उठाए गए थे, जिन्होंने सोचा था कि उनके शोध में इस्तेमाल किया गया गैस मिश्रण आदिम पृथ्वी पर मौजूद स्थितियों के संबंध में बहुत कम था। कई सिद्धांतों ने एक तटस्थ वातावरण की ओर इशारा किया जिसमें N2 और जल वाष्प के साथ CO2 की अधिकता होती है4. हालांकि, एक तटस्थ वातावरण को अमीनो एसिड के संश्लेषण के लिए एक प्रशंसनीय वातावरण के रूप में भी पहचाना गया है5. इसके अलावा, के लिए प्रोटीन जीवन की उत्पत्ति के रूप में कार्य करने के लिए, उन्हें अलग-अलग संयोजन की ओर अग्रसर होने के लिए स्वयं-प्रतिकृति की आवश्यकता होती है प्रोटीन किसी जीव में होने वाली विभिन्न प्रतिक्रियाओं को पूरा करने के लिए।

बी) यदि प्राइमर्डियल सूप ने के बिल्डिंग ब्लॉक्स के लिए शर्तें प्रदान की हैं डीएनए और / या आरएनए बनना है तो इनमें से कोई भी आनुवंशिक पदार्थ हो सकता है। अब तक का शोध अनुकूल है आरएनए जीवन रूपों की उत्पत्ति के लिए आनुवंशिक सामग्री होना उनकी खुद को मोड़ने की क्षमता, एक ही धागे के रूप में मौजूद रहने और एक एंजाइम के रूप में कार्य करने के कारण होता है।6, और अधिक बनाने में सक्षम आरएनए अणु. कई स्व-प्रतिकृति आरएनए एंजाइम7 सुझाव देते हुए वर्षों से खोजे गए हैं आरएनए आरंभिक आनुवंशिक सामग्री होना। इसे जॉन सदरलैंड के समूह द्वारा किए गए शोध से और भी मजबूत किया गया, जिसके परिणामस्वरूप मिश्रण में फॉस्फेट को शामिल करके प्राइमर्डियल सूप के समान वातावरण में आरएनए के दो आधारों का निर्माण हुआ।8. मिलर-उरे के प्रयोग में इस्तेमाल किए गए एक के समान एक कम करने वाले वातावरण (अमोनिया, कार्बन मोनोऑक्साइड और पानी युक्त) को अनुकरण करके आरएनए बिल्डिंग ब्लॉक्स का गठन भी दिखाया गया है और फिर उनके माध्यम से विद्युत निर्वहन और उच्च शक्ति लेजर पास कर रहा है9. यदि आरएनए को प्रवर्तक माना जाए तो कब और कैसे डीएनए और प्रोटीन अस्तित्व में आते हैं? किया डीएनए आरएनए और प्रोटीन की अस्थिर प्रकृति के कारण बाद में आनुवंशिक सामग्री के रूप में विकसित हुआ। इन सभी सवालों के जवाब अभी भी अनुत्तरित हैं।

सी) तीसरा परिदृश्य कि डीएनए और आरएनए प्राइमर्डियल सूप में सह-अस्तित्व में हो सकते हैं जिससे जीवन की उत्पत्ति हुई, जो 3 पर प्रकाशित अध्ययनों से आया था।rd जून 2020 कैम्ब्रिज, यूके में एमआरसी प्रयोगशाला से जॉन सदरलैंड के समूह द्वारा। शोधकर्ताओं ने प्रयोगशाला में उथले तालाबों के साथ, अरबों साल पहले आदिम पृथ्वी पर मौजूद स्थितियों का अनुकरण किया। उन्होंने सबसे पहले बनने वाले रसायनों को विघटित किया आरएनए पानी में, इसके बाद उन्हें सुखाकर गर्म किया जाता है और फिर उन्हें यूवी विकिरण के अधीन किया जाता है जो आदिम समय में विद्यमान सूर्य की किरणों का अनुकरण करता है। इससे न केवल दो निर्माण खंडों का संश्लेषण हुआ आरएनए लेकिन यह भी डीएनए, यह सुझाव देते हुए कि जीवन की उत्पत्ति के समय दोनों न्यूक्लिक एसिड सह-अस्तित्व में थे10.

आज मौजूद समकालीन ज्ञान के आधार पर और आणविक जीव विज्ञान के केंद्रीय सिद्धांत का सम्मान करते हुए, यह प्रशंसनीय लगता है कि डीएनए और आरएनए सह-अस्तित्व में थे, जिसके कारण जीवन की उत्पत्ति हुई और प्रोटीन का निर्माण बाद में हुआ / हुआ।

हालांकि, लेखक एक और परिदृश्य का अनुमान लगाना चाहता है जहां सभी तीन महत्वपूर्ण जैविक मैक्रोमोलेक्यूल्स, अर्थात। प्राइमर्डियल सूप में डीएनए, आरएनए और प्रोटीन एक साथ मौजूद थे। पृथ्वी की सतह की रासायनिक प्रकृति, ज्वालामुखी विस्फोट और पानी के साथ-साथ अमोनिया, मीथेन, कार्बन मोनोऑक्साइड, कार्बन डाइऑक्साइड जैसी गैसों की उपस्थिति से जुड़े आदिम सूप में मौजूद गंदी स्थितियाँ सभी मैक्रोमोलेक्यूल्स के बनने के लिए आदर्श हो सकती हैं। इसका एक संकेत फेरस एट अल द्वारा किए गए शोध द्वारा प्रदान किया गया है, जहां एक ही कम करने वाले वातावरण में न्यूक्लियोबेस का गठन किया गया था।9 मिलर-उरे के प्रयोग में प्रयुक्त। यदि हम इस परिकल्पना पर विश्वास करें, तो विकास के दौरान विभिन्न जीवों ने एक या दूसरे आनुवंशिक सामग्री को अपनाया, जो उनके अस्तित्व को आगे बढ़ने में मदद करती थी।

हालाँकि, जैसा कि हम जीवन रूपों की उत्पत्ति को समझने की कोशिश करते हैं, जीवन की उत्पत्ति और प्रसार कैसे हुआ, इस बारे में मौलिक और प्रासंगिक सवालों के जवाब देने के लिए और अधिक शोध की आवश्यकता है। इसके लिए विज्ञान में अपनाई जाने वाली वर्तमान हठधर्मिता द्वारा हमारी सोच में पेश किए गए किसी भी पूर्वाग्रह पर भरोसा किए बिना "आउट-ऑफ-द-बॉक्स" दृष्टिकोण की आवश्यकता होगी।

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सन्दर्भ:

1. मिलर एस।, 1953। संभावित आदिम पृथ्वी स्थितियों के तहत अमीनो एसिड का उत्पादन। विज्ञान। 15 मई 1953: वॉल्यूम। 117, अंक 3046, पीपी 528-529 डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528

2. बड़ा जेएल, लाज़कैनो ए। एट अल 2003। प्रीबायोटिक सूप-मिलर प्रयोग का पुनरीक्षण। विज्ञान 02 मई 2003: वॉल्यूम। 300, अंक 5620, पीपी। 745-746 डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.1085145

3. मिलर एसएल और उरे एचसी, 1959। आदिम पृथ्वी पर कार्बनिक यौगिक संश्लेषण। विज्ञान 31 जुलाई 1959: वॉल्यूम। 130, अंक 3370, पीपी 245-251। डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.130.3370.245

4. कास्टिंग जेएफ, हॉवर्ड एमटी। 2006. प्रारंभिक पृथ्वी पर वायुमंडलीय संरचना और जलवायु। फिलोस ट्रांस आर सोक लोंड बी बायोल साइंस 361:1733-1741 (2006)। प्रकाशित: 07 सितंबर 2006। डीओआई: https://doi.org/10.1098/rstb.2006.1902

5. क्लीव्स एचजे, चल्मर्स जेएच, एट अल 2008। तटस्थ ग्रहों के वायुमंडल में प्रीबायोटिक कार्बनिक संश्लेषण का पुनर्मूल्यांकन। ओरिग लाइफ इवोल बायोस्फ 38:105-115 (2008)। डीओआई: https://doi.org/10.1007/s11084-007-9120-3

6. ज़ौग, ए जे, सेच टीआर। 1986. मध्यवर्ती अनुक्रम आरएनए टेट्राहिमेना एक एंजाइम है। विज्ञान 31 जनवरी 1986: खंड। 231, अंक 4737, पृ. 470-475 डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.3941911

7. वोचनर ए, एटवाटर जे, एट अल 2011। एक सक्रिय राइबोजाइम का राइबोजाइम-उत्प्रेरित प्रतिलेखन। विज्ञान 08 अप्रैल: वॉल्यूम। 332, अंक 6026, पीपी. 209-212 (2011)। डीओआई: https://doi.org/10.1126/science.1200752

8. पॉनर, एम।, गेरलैंड, बी। और सदरलैंड, जे।, 2009। प्रीबायोटिक रूप से प्रशंसनीय स्थितियों में सक्रिय पाइरीमिडीन राइबोन्यूक्लियोटाइड्स का संश्लेषण। प्रकृति 459, 239–242 (2009)। https://doi.org/10.1038/nature08013

9. फेरस एम, पिएट्रुसी एफ, एट अल 2017. मिलर-उरे कम करने वाले वातावरण में न्यूक्लियोबेस का गठन। पीएनएएस 25 अप्रैल, 2017 114 (17) 4306-4311; पहली बार 10 अप्रैल, 2017 को प्रकाशित हुआ। डीओआई: https://doi.org/10.1073/pnas.1700010114

10. जू, जे., चमेला, वी., ग्रीन, एन. एट अल। 2020 आरएनए पाइरीमिडीन का चयनात्मक प्रीबायोटिक गठन और डीएनए प्यूरिन न्यूक्लियोसाइड्स। प्रकृति 582, 60-66 (2020)। प्रकाशित: 03 जून 2020. डीओआई: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9

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राजीव सोनी
राजीव सोनीhttps://www.RajeevSoni.org/
डॉ राजीव सोनी (ओआरसीआईडी ​​आईडी: 0000-0001-7126-5864) ने पीएच.डी. कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय, यूके से जैव प्रौद्योगिकी में और विभिन्न संस्थानों और बहुराष्ट्रीय कंपनियों जैसे द स्क्रिप्स रिसर्च इंस्टीट्यूट, नोवार्टिस, नोवोजाइम, रैनबैक्सी, बायोकॉन, बायोमेरीक्स और यूएस नेवल रिसर्च लैब के साथ एक प्रमुख अन्वेषक के रूप में दुनिया भर में काम करने का 25 वर्षों का अनुभव है। दवा की खोज, आणविक निदान, प्रोटीन अभिव्यक्ति, जैविक निर्माण और व्यवसाय विकास में।

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