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Summary (Aug 30, 2003): cuando un laboratory recipe por vida starts a aspecto daunting, scientists tener retreated a un test-tube por qué ellos term're-evolving evolución'. su model es uno de el template molecules por vida, el counterpart a DNA itself, llamarado RNA, cual replicates un pattern por cell reproduction. el speculation ha been que RNA preceded DNA, o at least formaado el early basis por qué es considered el biochemical progenitor en tal un RNA mundo de self-reproducing molecules y enzymes.
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Biology's tema estacionar: RNA mundo porDavid Cameron, Whitehead Institute por Biomedical Research
gente amar tema estacionars, gigante playgrounds que usually offer patchwork renditions de either un evocative historical momento o un particular futuro vision. Rarely, si ever, son tema estacionars built alrededor un biological tema- y nunca hacer tal estacionars caber dentro un test tube. casi nunca. ScientistDavid Bartel es trabajoso at trabajar en qué might parecer un impossibility- un microscopic tema estacionar cuyo motif, el origins de vida, es de igual interesar a ambos scientists y philosophers.
 | un 3 D structure de RNA.
Credit: SpaceDaily |
Bartel, un researcher atWhitehead Institute por Biomedical Research, pursues un theory de early evolución llamarado el"RNA-mundo hypothesis," cual manteners que, en el beginning, largo antes DNA o protein existirado, RNA performed ambos DNA's job de encoding información y protein's job de catalyzing replication. porque RNA replication es lejos simpler than protein replication, y porque RNA participates en central cellular funcionars, researchers postulate un primitive, yet elegant, sistema en cual RNA hecho RNA.
Central a este hypothesis es un RNA enzyme que replicates otro RNA molecules. Unfortunately, ningún tal molecule currently existirs en nature. a demonstrate el feasibility de este hypothesis, researchers must re-crear cierto aspects de este RNA mundo en el lab. Hence Bartel's RNA tema estacionar. According a Bartel, el micro exhibits en su lab son"artificial y fragmented cuando compared con el real cosa, pero aún bien worth un visitar."
tan lejos, Bartel ha desarrollarado unas impressive displays. en un papel publicarado en el journalScience en 2001, su lab demonstrated uno de el primer piezas de trabajoso evidence que tal un mundo es at least posible. pero este landmark papel también revealed que Bartel's RNA molecules didn't yet perform a el degree que el RNA mundo would tener required. en un julio 2003 seguir-up en eljournal Biochemistry, Bartel y doctoral student Michael Lawrence publicarado research pinpointing el exact razón por este, findings Bartel claims son"un importante paso toward figuraando out cómo a mejorar el efficiency de estes RNA replicating molecules." Re-evolving evoluciónhoy, cellular machinery coordinates un sophisticated process que involves proteins, DNA, y RNA todo trabajarando en concert, con proteins typically serving como enzymes a catalyze reactions, y DNA y RNA storing y processing genetic información. si, como el RNA-mundo hypothesis estados, RNA once fue en el business de replicating RNA, pues enzymes once were composed entirely de RNA y no amino acids- el edificio estancars de protein. el primer paso pues, en crearando un RNA-mundo tema estacionar, es a crear RNA enzymesdesde scratch. a hacer este, Bartel employs un process desarrollarado conHarvard Medical escuela's Jack Szostak: en vitro evolución- o evolución en un test tube.
 | un singleribosome, un tiny factory que cells usar a elaborar proteins, es usually 25-30 nanometers wide. 200 nanometers es el smallest size por vida como nosotros saber (él).
Credit: AIP |
Workers en Bartel's lab fill tubes con anywhere desde 1 trillion a 1 quadrillion RNA molecules, selecting por those que puede expand por formaando chemical bonds con otro RNAs. el molecules que puede hacer este son isolated; el demás son deshecharado. estes nuevo, bigger RNAs son multiplied, volverado a el tube y tested again por el mismo ability. Again, losers son quitarado, y winners multiplied. como este cycle repeats, slight mutations often aparecer en el RNAs, unas de cual crear molecules superior a el parent molecule. decirs Bartel, "realmente, nosotros final up selecting por el survival de el best molecules, y pues propagating those survivors" - Darwiniannatural selection.
tan lejos, Bartel's lab ha demonstrated que estes nuevo RNA molecules puede actuar como enzymes: en este caso, ellos puede bind a un RNA template molecule que serves como el pattern por producing, uno nucleotide at un vez, another RNA. elScience papel informeado ambos buen y cautionary noticias. el buen noticias fue que estes RNA enzymes son elástica y robust bastante a bind a sólo sobre any kind de template regardless de su sequence- findings que eluded earlier experiments. el más sobering noticias fue que estes nuevo sequences de RNA son at most 14 nucleotides largo, cual, mientras aún un major achievement, es lejos corto de el roughly 200-nucleotide goal. como informeado en Biochemistry, Bartel y Lawrence tener ahora aprendirado el razón por este: el actual process de assembling el nuevo RNA es fast y efficient once binding occurs, pero el binding doesn't último largo bastante a produce un complete replicate. "qué nosotros realmente necesitar ahora," decirs Bartel, "es a trabajar en el binding." vida fue un garbage bagmenos than cuatro decades old, el RNA-mundo hypothesis ha garnered widespread apoyar within el scientific community. However, unas researchers subscribe a un alternate view often llamarado el"metabolism primer" theory. este idea, en contrast a el RNA mundo's"información primer" thesis, posits que un chaotic soup de pequeño, random molecules led a chance metabolic reactions que evolved into modern cellular vida.
Stuart Kauffman, un biologist y RNA-mundo skeptic affiliated con el nonprofit research centerSanta Fe Institute, creers el RNA hypothesis es angosto y fallars a tomar into cuenta el posibilidad que otro polymeric molecules mayo estar able a self-reproduce sin elaborarando un copiar de un template. el theorizes que vida originated desde un complex mixture de tal polymers que eventually yielded autocatalytic reactions.
 | | Freeman Dyson, physicist, educator, autorImage Credit: Trustees de Dartmouth College |
un semejante notion es Freeman Dyson's"garbage bag" hypothesis. Dyson, un physicist at el Institute por Advanced Studies en Princeton, N.J., creers que primordial soup fue filled con membranes(garbage bags) que contained random chemicals no nearly como complex como RNA o DNA. estes chemicals began catalyzing reactions en cada otro, unas de cual eventually caused el cell-como garbage bags a divide y así evolve.
Proponents de este view claim el tecla factor en early evolución es el garbage bag rather than el molecule. por universidad de California, Santa Cruz, chemistry professorDavid Deamer, (él)'s inconceivable que RNA could tener catalyzed y evolved outside el barrier de un cell membrane sin sólo drifting off.
Bartel, rather than countering estes critics, takes seriously el necesitar por unas kind de cell-como barrier- o garbage bag. "si nuestro lab es able a demonstrate que RNA puede replicate RNA, un next paso would estar a synthesize un self-replicating sistema que puede también evolve," el decirs. "a hacer este would require membranes, o unas otro tipo de compartmentalization."
Harvard's Szostak, un prominent advocate de el RNA mundo, counters que el puede't imagine un sistema como complex como cell formation y division no estarando preceded por unas sort de informational transmission, tal como RNA crearando RNA. However, el añadirs que el RNA-mundo hypothesis isn't sin su problemas. "el grande question," el decirs, "es whether RNA arose como el primer genetic polymer desde unas prebiotic chemistry que nosotros don't understand, o whether ahí were uno o más progenitors de RNA. gente son aspectoando at many posible candidates por estarando un progenitor por RNA."
Szostak aspectos no a un mundo de random metabolism, pero rather a threose nucleic acid, o TNA, un molecule que, mientras no existirando en nature, ha been successfully synthesized en el lab. Szostak creers que TNA's relatively simple composition elaborar (él) un likely candidate a tener spawned RNA en un prebiotic mundo.
en spite de el various theories, most researchers readily admit que, como el proverbial blind hombres intentarando a describe un elephant, cada acercarse mayo tener captured único uno angle de vida's origins. "nosotros'll nunca realmente saber el whole story de cómo vida got started," decirs Bartel, "pero every insight que nosotros puede discover es importante. este es uno de el most significant y fundamental questions en science, right up ahí con'cómo does el mind trabajar?' o'cómo did el universe empezar?'"
Meanwhile, Bartel y su team continue trabajarando toward su goal de desarrollarando un RNA enzyme que puede fully replicate otro RNAs. "nosotros're diseñarando estes RNAs como bien como nosotros puede," Bartel decirs, "y qué nosotros puede't diseñar, nosotros evolve."
el más successful este re-evolving, el closer el conseguirs a su tema estacionar's grand abrirando.
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Note: Terrestrial Origins: [2003-08-30]
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