Nowa teoria rozwoju życia na Ziemi

Jakie warunki musiały panować na Ziemi, aby powstały pierwsze cegiełki życia, i jak takie cząsteczki wyglądały? Jedna z uznawanych szeroko odpowiedzi opisuje tzw. świat RNA opisany w 1986 r. przez Waltera Gilberta - noblistę (choć nagrodę tę otrzymał on za inne dokonanie). Według tej hipotezy z tzw. pierwotnej zupy wyłoniły się nukleotydy - podstawowe cegiełki kwasów nukleinowych, takich jak RNA. Nukleotydy te (A, C, T, U) łączyły się właśnie w niedługie łańcuchy RNA, niosąc już w ten sposób pewną niewielką informację genetyczną.

Te pojedyncze nici RNA mogły także łączyć się w pary, co sugeruje też możliwość powielania takich łańcuchów. Z upływem czasu taka replikacja mogła ulec udoskonaleniu, co w końcu mogło doprowadzić rozwoju coraz bardziej złożonego życia.

„Pomysł świata RNA daje ogromną przewagę, nakreślając drogę, w której mogą powstać skomplikowane biomolekuły, takie jak kwasy nukleinowe, posiadające jednocześnie zdolności katalityczne i dotyczące kodowania informacji” - zwraca uwagę Thomas Carell z Uniwersytet Ludwika i Maksymiliana w Monachium (LMU).

Przechowujące informację genetyczną zwierząt czy roślin DNA bardzo przypomina RNA. Hipoteza świata opartego na RNA rodzi jednak pewne problemy. Po pierwsze cząsteczki te są wrażliwe, szczególnie przy większych długościach.

Przede wszystkim jednak nie wiadomo, jak połączyć cząsteczki RNA ze światem białek, które dzisiaj budują wszystkie organizmy żywe.

DNA (czasami RNA) przechowuje informację potrzebną do budowy białek. Nie znano jednak dotąd sposobu na to, aby w dotychczasowej teorii te dwa światy połączyć. Naukowcy z Monachium, ma łamach periodyku „Nature” opisali eleganckie, możliwe rozwiązanie.

Jak wyjaśniają, RNA - oprócz podstawowych cegiełek niosących informację genetyczną - zawiera także czasami dodatkowe, nietypowe elementy. Są one ważne dla działania takiej cząsteczki. To właśnie one mogą być pomostem między światem RNA i światem białek. Okazuje się bowiem, że potrafią one przyłączać do siebie aminokwasy - podstawowe elementy białek, a nawet małe peptydy (krótkie łańcuchy aminokwasów). To właśnie klucz dla ewolucji życia - uważają badacze.

W takich strukturach aminokwasy mogą nawet reagować z sobą, tworząc większe peptydy.

Badacze pokazali już te mechanizmy w eksperymentach.

„W ten sposób wytworzyliśmy w laboratorium złożone z RNA i peptydów cząsteczki, które mogą kodować genetyczną informację, i jednocześnie tworzyć wydłużające się peptydy” - donosi prof. Carell.

Pradawne, dające początek życiu cząsteczki miały się więc składać ze zbudowanego z RNA rdzenia, z "rosnącymi" na nim łańcuchami peptydów. „To było bardzo zaskakujące odkrycie” - twierdzi prof. Carell. - „Możliwe, że nigdy nie było czystego świata RNA, a peptydy współistniały z RNA od początku, w tych samych cząsteczkach”.

Obecną koncepcje należałoby więc zmienić, mówiąc o świecie RNA i peptydów.

Oba te rodzaje związków wspierały nawzajem swoją ewolucję - uważają naukowcy. „RNA powoli ewoluowało w coraz lepiej działający katalizator, przyłączający aminokwasy” - wyjaśnia prof. Carell.

Relacja między RNA i peptydami utrzymała się do dzisiaj.

Najważniejszym tego typu katalizatorem zbudowanym z RNA jest rybosom - skomplikowana, zbudowana z RNA struktura, która we wszystkich komórkach tworzy wszelkie białka na podstawie informacji genetycznej.

„Świat oparty na RNA i peptydach rozwiązuje problem jajka i kury. Nowa idea stwarza fundament, na bazie którego można wytłumaczyć stopniowe powstawanie życia” - twierdzi ekspert.

Więcej informacji na stronach:

https://www.lmu.de/en/newsroom/news-overview/news/the-origin-of-life-a-paradigm-shift.html

https://www.nature.com/articles/s41586-022-04676-3

Marek Matacz

mat/ zan/