Des scientifiques des États-Unis et d'Afrique du Sud ont montré que de courtes chaînes nucléotidiques d'ARN peuvent se combiner spontanément entre elles pour former de grandes molécules. Cette capacité est nécessaire pour l'apparition dans le bouillon primaire de composés à activité enzymatique qui stockent des informations génétiques. L'article des chercheurs a été publié dans la revue Royal Society Open Science.
Selon l'hypothèse du monde de l'ARN, les précurseurs des cellules vivantes étaient des molécules enzymatiques (ribozymes) capables de se copier (se répliquer). On sait que ces composés sont volumineux et complexes. Ils étaient censés être formés à partir de molécules plus petites par un processus appelé ligature, où deux chaînes nucléotidiques sont liées à leurs extrémités. Cependant, une telle réaction est réalisée par un groupe distinct d'enzymes (ligases), de sorte que le monde de l'ARN serait impossible sans la présence de ribozymes qui fournissent leur propre ligature.
Les chercheurs ont utilisé un complexe ribozyme ARN polymérase R18 comme objet de recherche. Cette grosse molécule possède deux sites actifs. L'un d'eux exerce une activité polymérase, c'est-à-dire synthétise une molécule d'ARN à partir de nucléotides, l'autre est un noyau de ligase. Les spécialistes ont retiré divers fragments du ribozyme, obtenant une série de petites chaînes, qui avaient toutes un centre de ligature. Ces derniers, ainsi que la polymérase R18 complète, ont été placés dans un environnement contenant d'autres petites molécules d'ARN (substrats).
Les scientifiques ont évalué la capacité des molécules à s'auto-ligaturer. R18 a montré une activité très faible, mais le plus petit brin (R18-T4) s'est attaché à une grande variété de molécules d'ARN. Avec une augmentation de la longueur de la chaîne, l'activité ligase a diminué et la molécule ne pouvait se lier qu'à certains substrats. Selon les experts, c'est ainsi que les ribozymes acquièrent la spécificité caractéristique des enzymes dans les cellules vivantes.
Les résultats de l'étude ont montré que dans les premiers stades du monde de l'ARN, de grandes molécules sont apparues par la fusion de ligases avec diverses petites chaînes ribonucléiques. Au départ, ces composés ne pouvaient pas remplir efficacement des fonctions enzymatiques, telles que l'autocopie, mais ils avaient déjà une spécificité pour certains substrats. Au cours de l'évolution moléculaire, leur capacité à se répliquer a augmenté.