UV-stråler kan have dannet livets byggesten
Livets gåde er kommet et lille skridt nærmere sin opklaring. Et nyt eksperiment med dansk deltagelse viser, at den form for sukker, der udgør skelettet i RNA og DNA, kan dannes under forhold som i det tidlige Solsystem.

Skal man blive klogere på livets oprindelse, skal man også finde ud af, hvordan sukkerarten ribose kan være opstået i tidernes morgen. Ribose er nemlig helt centralt for dannelsen af biologiske molekyler som RNA og DNA. Og forskerne har nu fundet ud af, hvilke betingelser der skal til for at få ribose til at dukke op. (Foto: <a href="http://www.shutterstock.com/da/pic-386010466/stock-photo-digital-abstrac... target="_blank">Shutterstock</a>)

Sukkerarten ribose er helt centralt for dannelsen af biologiske molekyler som RNA og DNA. Skal man blive klogere på livets oprindelse, skal man også finde ud af, hvordan ribose kan være opstået i tidernes morgen.

Det er præcis, hvad en international gruppe forskere – heriblandt danske Søren Vrønning Hoffmann – har gjort. Det fremgår af en artikel i det anerkendte videnskabelige tidsskrift Science.

»Vi har taget udgangspunkt i noget, der ligner det, vi har i det interstellare rum. Frossent vand, træsprit og en lille smule ammoniak. Det bliver belyst med ultraviolet lys,« fortæller Søren Vrønning Hoffmann, der er seniorforsker ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

»Så dannes rigtig mange sukkerarter, og også en god portion ribose. Så vi har vist, at under de forhold, der findes ude i rummet, kan disse meget komplekse sukkerarter faktisk dannes.«

Ribose er nødvendigt for liv

I laboratoriet blev blandingen af vand, træsprit (metanol) og ammoniak – ganske simple molekyler, som man ved findes i det ydre rum, og som utvivlsomt var til stede ved Solsystemets dannelse – kølet ned til minus 195 grader celsius, og trykket blev sænket til en timilliardtedel af atmosfærens tryk, altså ganske tæt på vakuum.

Efter ultraviolet bestråling, som i universet ville komme fra stjernerne, blev blandingen varmet op til stuetemperatur, og så undersøgte forskerne resultatet.

Ud af de mange sukkerarter, der nu var dukket op, er ribose det mest interessante. Uden ribose kan liv, som vi kender det, nemlig ikke opstå.

Ribose-molekylet er bygget op omkring fem kulstofatomer, og det er en lang kæde af disse molekyler, der danner skelettet til det biologiske molekyle RNA. Ribose minus et iltmolekyle giver deoxyribose, og to kæder af deoxyribose udgør skelettet i DNA (deoxyribonukleinsyre), som bærer den genetiske kode til alle levende organismer.

Stadig flere byggesten skal sættes sammen

Ved hjælp af gaskromatografi fandt forskerne ud af, hvilke molekyler UV-bestrålingen frembragte. Det viste sig, at der blev dannet en hel del af den livsvigtige sukkerart ribose. (Illustration: C. Meinert, CNRS)

For at bygge et DNA-molekyle skal man også bruge fosfatgrupper og ikke mindst de kvælstofholdige baser adenin, guanin, thymin og cytosin. Det er sukkergrupperne og fosfatgrupperne, der udgør DNA'ets rygrad og holder sammen på molekylet, mens baserne gemmer på det genetiske information.

»Det er noget, man har været på jagt efter i lang tid. Det er spændende, at det kan lade sig gøre,« siger professor Steen Rasmussen fra Syddansk Universitet om fundet af ribose i prøverne. Han har ikke selv været involveret i studiet, men han er leder af Center for Fundamental Living Technology, hvor forskerne forsøger at skabe liv helt fra bunden.

»Det er helt sikkert interessant. Det er det, hver gang kemikerne kan vise, at man kan lave disse biologiske byggesten. Én ting er at vide, at det i princippet kan lade sig gøre, men her har de fundet ud af, præcis hvilke betingelser der skal til. Det er flot.«

»For os på Center for Fundamental Living Technology er det mere fascinerende, hvordan man kan få alle disse byggesten til at spille sammen og blive levende. Det er den største og stadig åbne udfordring.«

Simpelt sukker fundet i rummet

Tidligere er der fundet sukkerarter i rummet, men kun de simpleste udgaver som for eksempel glykolaldehyd, der er set i gassen omkring en ung dobbeltstjerne, i gasskyen om kometen Lovejoy og i det støv, som kometlanderen Philae hvirvlede op på kometen 67P/Churyumov–Gerasimenko.

LÆS OGSÅ: 'Nye analyser: Philae sniffede acetone på kometen'

Spørgsmålet har været, om de simple sukkerarter naturligt kan føre til de mere komplekse udgaver, der bruges i biologiske molekyler. Det kan de i hvert fald i simuleringer i laboratoriet, viser det nye studie.

»Når først glykolaldehyd er dannet, hjælper det så at sige sig selv til at blive dannet, og så fortsætter processen og danner stadig mere komplekse sukkerarter,« siger Søren Vrønning Hoffmann.

I DNA er det deoxyribose (de orange femkanter), der holder sammen på molekylet. (Illustration: M. P. Ball)

»Det er meget koldt i rummet – egentlig alt for koldt til, at sådan nogle kemiske reaktioner kan forekomme. Men det ultraviolette lys gør forskellen. Så kan de komplekse molekyler dannes.«

Hvorfor er DNA højrehåndet?

Søren Vrønning Hoffmann ved godt, hvad de kommende år skal bruges på. Arbejdet med at fremstille og analysere sukkerarter er nemlig slet ikke slut.

Sagen er den, at ribose findes i to udgaver, en 'højrehåndet' og en 'venstrehåndet'. De to udgaver er spejlbilleder af hinanden, men det er kun den 'højrehåndede' version, der bruges i RNA og DNA.

Vores dna ville simpelthen ikke fungere ordentligt, hvis det ikke var samme version af ribose, der blev brugt hele vejen igennem.

»Kun højrehåndsformen bliver brugt i alt liv på Jorden. Så det er det næste, vi skal kigge på,« siger Søren Vrønning Hoffmann og fortsætter:

»Når vi analyserer disse prøver, så er der lige meget højrehåndet og venstrehåndet ribose. På den måde er der forskel på almindelig kemi og livets kemi. Så nu vil vi prøve at finde ud af, hvad der kan introducere en forskel. Vi vil gerne demonstrere, hvordan man kan lave ribose, hvor der er mest af den højrehåndede version.«

Det er muligt, at der dannes mest højrehåndet ribose i rummet, fordi det ultraviolette lys er drejet – polariseret – på en bestemt måde. Det kan kommende eksperimenter, der kan udføres ved hjælp af UV-stråling fra partikelacceleratoren ASTRID2 i Aarhus, måske være med til at afdække. Sådan nogle eksperimenter glæder Søren Vrønning Hoffmann sig til at komme i gang med.