השערת עולם ה-RNA
האבולוציה של מוצא החיים

אחד האתגרים בחקר של מוצא החיים-אביוגנזה הוא שמערכת הרבייה והמטבוליזם המשמשת את כל צורות החיים הקיימות קשורה לשלושה סוגים של מקרומולקולות התלויות זו בזו (DNA, RNA וחלבונים). זה מצביע על כך שהחיים לא יכלו להתהוות בצורתם הנוכחית. עובדה זו הובילה את החוקרים להעלות השערה של מנגנונים לפיהם המערכת הנוכחית עשויה להיווצר ממערכת קודמת פשוטה יותר. הביולוג המולקולרי האמריקאי אלכסנדר ריץ' Alexander Rich היה החוקר הראשון שהניח השערה על מקורם של נוקלאוטידים כמבשרי חיים. במאמר שהוא תרם לכרך שהוצא לכבודו של הפיזיולוג חתן פרס נובל אלברט סנט-ג'יורגיי, הוא הסביר שסביבת כדור הארץ הפרימיטיבית הייתה יכולה לייצר מולקולות מונומרים פולינוקליאוטידים-RNA שרכשו פונקציות אנזימטיות ומשכפלות עצמיות. מושג נוסף של RNA כמולקולה קדמונית ניתן למצוא במאמרים של פרנסיס קריק ולסלי אורגל Leslie Orgel וכן בספרו של קרל וואסה Carl Woese משנת 1967
The Genetic Code. תאוריה זו התפרסמה בשם "עולם ה-RNA" בספר בשם זה מאת ולטר גילברט ב-1986. הנס קון Hans Kuhn הציג ב-1972 תהליך אפשרי שבאמצעותו המערכת הגנטית המודרנית עשויה הייתה להיווצר מנוקלאוטידים, אשר הוביל את הרולד ווייט ב-1976 לראות שרבים מהקו-פקטורים החיוניים לתפקוד האנזימטי הם נוקלאוטידים או נגזרות של נוקלאוטידים. הוא הציע תרחיש לפיו התכונות האלקטרוכימיות העיקריות של תגובות אנזימטיות מחייבת שמירה של חלקי הנוקלאוטידים הייחודיים של האנזימים המקוריים המבוססים על RNA, המבצעים את התגובות, בעוד ששאר האלמנטים המבניים של האנזימים הוחלפו בהדרגה בחלבון, עד שכל מה שנותר ממולקולות של ה-RNA המקוריות היו הנוקלאוטידים הללו, שכונו על ידו "מאובנים של אנזימי חומצת גרעין". הביטוי "עולם ה-RNA" הפך לשימוש ילראשונה על ידי חתן פרס נובל וולטר גילברט בשנת 1986, בפרשנות על האופן שבו תצפיות עדכניות על התכונות הקטליטיות של צורות שונות של RNA משתלבות עם השערה זו. דו"ח נאס"א NASA משנת 2011 על מטאוריטים שנמצאו על פני כדור הארץ, הצביע על כך שאבני בניין של RNA (אדנין, גואנין ומולקולות אורגניות נוספות קשורות) עשויות להיווצר בחלל החיצון. בשנת 2017, מחקר באמצעות מודל מספרי, העלה שייתכן שעולם RNA הופיע בבריכות חמות בכדור הארץ המוקדם, וכי מטאוריטים היו מקור סביר לאבני הבניין של ה-RNA (ריבוז וחומצות גרעין) בסביבות אלו. ב-29 באוגוסט 2012, אסטרונומים מאוניברסיטת קופנהגן דיווחו על זיהוי של מולקולת סוכרים, במערכת כוכבים מרוחקת. המולקולה נמצאה סביב הקדם-כוכבי הבינארי IRAS 16293-2422, שנמצא במרחק של 400 שנות אור מכדור הארץ. מכיוון שדרוש גליקולאלדהיד ליצירת RNA, ממצא זה מצביע על כך שמולקולות אורגניות מורכבות עשויות להיווצר במערכות כוכבים לפני היווצרותם של כוכבי לכת, ולבסוף להגיע לכוכבי לכת צעירים בשלב מוקדם של היווצרותם. ניטרילים, מבשרי מפתח מולקולריים של תרחיש "עולם ה-RNA", הם בין המשפחות הכימיות הנפוצות ביותר ביקום ונמצאו בעננים מולקולריים במרכז הגלקסיה שביל החלב, מטאוריטים וכוכבי שביט, וגם באטמוספירה. של טיטאן, הירח של כוכב הלכת שבתאי הנחשב לירח הגדול ביותר הידוע לנו.
מחקר משנת 2001 מראה שחומצה ניקוטינית וחומר המוצא של חומצה, חומצה כינולינית, יכולות להיות מופקות בתשואות של עד 7% ברצף לא אנזימטי בן שישה שלבים מחומצה אספרטית ודיהידרוקסיאצטון פוספט (DHAP). הביוסינתזה של פוספט ריבוז יכולה הייתה לייצר DHAP ושלוש תרכובות פחמן אחרות יכלו להיות זמינות מסינתזה פרה-ביוטית או מסינתזת ריבוזימים של פירמידינים ותומך באפשרות ש - NAD יכול היה להופיע בעולם ה-RNA. רצפי RNA באורכים של 30 נוקלאוטידים, 60 נוקלאוטידים, 100 נוקלאוטידים ו-140 נוקלאוטידים, היו מסוגלים לזרז את הסינתזה של שלושה קו-אנזימים נפוצים, CoA, NAD ו-FAD, מהחומרים הראשוניים שלהם, phosphopantetheine, NMN, FMN, FMN, בהתאמה".
ייתכן שהתחרות בין מולקולות ה-RNA הובילה להופעתו של שיתוף פעולה בין שרשראות RNA שונות, וסללה את הדרך להיווצרות התא הראשוני הקדום הראשון. כך התפתחו שרשראות RNA בעלות תכונות קטליטיות המסייעות לחומצות אמינו להתקשר יחד ולסייע בסינתזת RNA, ולהעניק לאותן שרשראות RNA שיכולות לשמש כריבוזימים את היתרון הסלקטיבי. היכולת לזרז שלב אחד בסינתזת חלבון, בתהליך הקרוי אמינואצילציה של RNA, הוכחה באופן מדעי במקטע קצר (חמישה נוקלאוטידים) של RNA. במרץ 2015, מדעני נאס"א דיווחו שלראשונה נוצרו במעבדה תרכובות אורגניות מורכבות של DNA ו-RNA, כולל אורציל, ציטוזין ותימין, בתנאים שנמצאו רק בחלל החיצון, תוך שימוש בכימיקלים התחלתיים, כמו פירמידין, שהוא חומר שנמצא במטאוריטים. לפי המדענים, ייתכן שפירמידין, כמו פחמימנים ארומטיים רב=טבעתיים (PAH), נוצר בכוכבי ענק אדומים או בענני אבק וגזים בין-כוכביים. בשנת 2018, חוקרים במכון הטכנולוגי של ג'ורג'יה זיהו שלושה תרכובות שייתכן ואלו הן את הגרסאות המוקדמת ביותר של פרוטו-RNA: חומצה ברביטורית, מלמין ו-2,4,6-טריאמינופירמידין (TAP). שלוש המולקולות הללו הן גרסאות פשוטות יותר של ארבעת הבסיסים ב-RNA הנוכחי, שעשויים היו להיות נוכחים בכמויות גדולות יותר ועדיין יכלו להיות בעלות יכולת תואמות לתהליכים עתידיים, המכונות Forward compatibility, אך ייתכן שבהמשך נזנחו על ידי האבולוציה בתמורה לזוגות בסיסים אופטימליים יותר. באופן ספציפי, ידוע ש=TAP יכול ליצור נוקלאוטידים עם מגוון גדול של סוכרים. ידוע שהן TAP והן מלמין מתרכבים עם חומצה ברביטורית ושלושתם יוצרים באופן ספונטני נוקלאוטידים עם ריבוז.