Oamenii de știință din Statele Unite și Africa de Sud au arătat că lanțurile scurte de nucleotide ARN se pot combina spontan între ele pentru a forma molecule mari. Această abilitate este necesară pentru apariția în bulionul principal al compușilor cu activitate enzimatică care stochează informații genetice. Articolul cercetătorilor a fost publicat în revista Royal Society Open Science.
Conform ipotezei lumii ARN, precursorii celulelor vii au fost moleculele enzimatice (ribozimele) capabile să se copieze (să se reproducă). Se știe că astfel de compuși sunt mari și complexi. Se presupunea că se formează din molecule mai mici printr-un proces numit ligatura, unde două lanțuri de nucleotide sunt legate la capetele lor. Cu toate acestea, o astfel de reacție este realizată de un grup separat de enzime (ligaze), astfel încât lumea ARN ar fi imposibilă fără prezența ribozimelor care asigură propria lor ligătură.
Cercetătorii au folosit un ribozimă ARN polimerază R18 complexă ca obiect de cercetare. Această moleculă mare are două situri active. Una dintre ele desfășoară activitate polimerază, adică sintetizează o moleculă de ARN din nucleotide, cealaltă este un nucleu ligazic. Specialiștii au scos din ribozimă diverse fragmente, obținând o serie de lanțuri mici, toate având un centru de ligare. Acestea din urmă, precum și polimeraza R18 completă, au fost plasate într-un mediu care conține alte molecule mici de ARN (substraturi).
Oamenii de știință au evaluat capacitatea moleculelor de a se auto-liga. R18 a arătat o activitate foarte scăzută, dar cea mai mică șuviță (R18-T4) a atașat o mare varietate de molecule de ARN. Odată cu creșterea lungimii lanțului, activitatea ligazei a scăzut, iar molecula nu s-a putut lega decât de anumite substraturi. Potrivit experților, acesta este modul în care ribozimele dobândesc specificitatea caracteristicilor enzimelor din celulele vii.
Rezultatele studiului au arătat că, în fazele incipiente ale lumii ARN, moleculele mari au apărut prin fuziunea ligazelor cu diverse lanțuri ribonucleice mici. Inițial, astfel de compuși nu au putut efectua în mod eficient funcții enzimatice, cum ar fi auto-copierea, dar au deja specificitate pentru anumite substraturi. Pe parcursul evoluției moleculare, capacitatea lor de replicare a crescut.
