Nová studie vedená vědci z The Scripps Research Institute (TSRI) nabízí zvrat v populární teorii o tom, jak život na Zemi začal asi před čtyřmi miliardami let.
Studie zpochybňuje hypotézu „světa RNA“, teorii o tom, jak se molekuly RNA vyvinuly k vytvoření proteinů a DNA. Místo toho nový výzkum nabízí důkazy pro svět, kde se RNA a DNA vyvíjely současně.
„I když věříte ve svět pouze s RNA, musíte věřit v něco, co existovalo s RNA, abyste jí pomohli posunout se vpřed,“řekl Ramanarayanan Krishnamurthy, docent chemie na TSRI a hlavní autor nového studie."Proč nemyslet na to, že RNA a DNA rostou společně, než se snažit převést RNA na DNA pomocí nějaké fantastické chemie v prebiotické fázi?"
Studie byla nedávno publikována v časopise Angewandte Chemie.
Ohlédnutí v čase
Výzkumníci zkoumali hypotézu světa RNA více než 30 let. Myšlenkou této teorie je, že řada chemických reakcí vedla k vytvoření samoreplikujících molekul RNA. RNA se pak vyvinula k vytvoření proteinů a enzymů, které se podobaly raným verzím toho, co tvoří dnešní život. Nakonec tyto enzymy pomohly RNA produkovat DNA, což vedlo ke složitým organismům.
Na povrchu vypadají molekuly RNA a DNA podobně, přičemž DNA tvoří strukturu podobnou žebříčku (s páry nukleobází jako příčky a páteře molekul cukru jako strany) a RNA tvoří něco, co vypadá jako jen jedna strana žebřík.
Pokud je teorie světa RNA přesná, někteří výzkumníci se domnívají, že by existovalo mnoho případů, kdy byly nukleotidy RNA smíchány s páteří DNA, čímž by se vytvořily „heterogenní“řetězce. Pokud by byly stabilní, tyto smíšené „chiméry“by byly přechodným krokem při přechodu k DNA.
Problémy s nestabilitou
Nová studie však ukazuje významnou ztrátu stability, když RNA a DNA sdílejí stejnou páteř. Chiméry nezůstávají pohromadě stejně jako čistá RNA nebo čistá DNA, což by ohrozilo jejich schopnost uchovávat genetickou informaci a replikovat se.
„Byli jsme překvapeni, když jsme viděli velmi hluboký pokles toho, co bychom nazvali ‚tepelnou stabilitou,‘,“řekl Krishnamurthy, který má kromě své pozice v TSRI společné schůzky s National Science Foundation (NSF) – Centrum pro chemickou evoluci Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) a Simons Collaboration on Origins of Life. Zdá se, že tato nestabilita je způsobena rozdílem ve struktuře molekuly cukru DNA oproti molekule cukru RNA.
Zjištění podpořilo předchozí výzkum laureáta Nobelovy ceny a profesora chemie a chemické biologie na Harvardské univerzitě Jacka Szostaka, který ukázal ztrátu funkce (aptamer vázající nukleotidy) při smíchání RNA s DNA.
Vzhledem k této nestabilitě by chiméry ve světě RNA pravděpodobně zanikly ve prospěch stabilnějších molekul RNA. To odráží to, co vědci vidí v dnešních buňkách: Pokud se nukleobáze RNA omylem připojí k řetězci DNA, sofistikované enzymy budou spěchat, aby chybu napravily. Evoluce vedla k systému, který upřednostňuje stabilnější, „homogenní“molekuly.
Tyto sofistikované enzymy pravděpodobně nebyly v době rané evoluce RNA a DNA k dispozici, takže tyto substituce mohly mít ochromující účinek na schopnost molekul replikovat se a fungovat. "Přechod z RNA na DNA by nebyl snadný bez mechanismů, které je udrží oddělené," řekl Krishnamurthy.
Zvažování druhé teorie
Toto poznání vedlo vědce k úvahám o alternativní teorii: RNA a DNA mohly vzniknout v tandemu.
Krishnamurthy zdůraznil, že jeho laboratoř není první, kdo navrhl tuto teorii, ale zjištění o chimérické nestabilitě dávají vědcům nové důkazy ke zvážení.
Pokud by se tyto dva vyvíjely ve stejnou dobu, DNA si mohla brzy vytvořit svůj vlastní homogenní systém. RNA se stále mohla vyvinout, aby produkovala DNA, ale mohlo k tomu dojít poté, co se poprvé setkala s DNA a poznala její suroviny.
Krishnamurthy dodal, že vědci nikdy nebudou přesně vědět, jak život začal (s výjimkou vynálezu stroje času), ale zvážením okolností rané evoluce mohou vědci získat vhled do základů biologie.
