Znajdź zawartość

Jedna z najpopularniejszych teorii na temat początków życia na Ziemi mówi o tzw. świecie RNA. Wyjątkowe właściwości tego związku, pozwalające mu na przechowywanie informacji i katalizowanie reakcji chemicznych, czyniłyby z niego idealną substancję regulującą procesy życiowe najprymitywniejszych form życia. Niestety, dotychczas nie był znany żaden przykład cząsteczek RNA posiadających obie opisywane cechy jednocześnie. Przełomu dokonali badacze z Instytutu Scripps prowadzeni przez prof. Geralda Joyce'a. Dowodzą oni, że odpowiednio dobrana para cząsteczek kwasu rybonukleinowego spełnia założenia teorii o "świecie RNA". Co więcej, uzyskane molekuły "ewoluują" w warunkach laboratoryjnych, prowadząc do wyselekcjonowania najbardziej wydajnych wariantów. Naukowcy zsyntetyzowali pulę różnych wariantów RNA, które umieszczono następnie w roztworze zawierającym nukleotydy - pojedyncze cząsteczki, których łączenie się w łańcuchy (polimeryzacja) jest podstawą tworzenia nowych nici RNA. Jak się okazuje, niektóre nici "współpracują" ze sobą w parach, przeprowadzając replikację obu z nich. interakcja pomiędzy nićmi sprawia, że są one w stanie wzajemnie odczytywać zapisaną w nich informację, a następnie, dobierając z roztworu odpowiednie nukleotydy, tworzyć ich kopie. Zjawisko to jest o tyle ciekawsze, że każda z badanych molekuł była złożona z dwóch podjednostek. Oznacza to, że dla zajścia całej reakcji potrzebne są aż cztery nici kwasu rybonukleinowego. Opisywany proces zachodzi tak długo, aż w roztworze nie zabraknie nukleotydów. Jak zaznacza prof. Joyce, opracowany przez niego i jego współpracowniczkę, Tracey A. Lincoln, model to jedyny przypadek poza biologią, w którym informacja zapisana w molekułach została unieśmiertelniona. Łącznie badaczom z instytutu Scripps udało się wytworzyć aż 12 par replikujących się wzajemnie nici RNA. Kolejny przeprowadzony eksperyment polegał na wymieszaniu ze sobą różnych par replikujących się związków. Doprowadził on nie tylko do eliminowania najmniej wydajnych par, lecz także do innych zmian typowych dla ewolucji, czyli mutacji. Te drobne zakłócenia informacji genetycznej przenoszonej przez cząsteczki RNA powodowały zmiany tempa namnażania nici. Dla mnie to tak naprawdę najważniejszy rezultat - ocenia tę część badań prof. Joyce. Przeprowadzone doświadczenie bez wątpienia ma ogromną wartość poznawczą, lecz praca badaczy z instytutu Scripps to nie tylko istotna przesłanka na poparcie tezy o "świecie RNA". Niejako przy okazji potwierdza się także, że wpływ mutacji na tempo ewolucji można dostrzec nawet na tak niepozornym obiekcie, jak pojedyncze cząsteczki.

Hipoteza tzw. świata RNA, zgodnie z którą pierwsze formy życia na Ziemi wykorzystywały cząsteczki RNA zarówno jako nośnik informacji genetycznej, jak i cząsteczki o charakterze enzymów, jest jedną z najpopularniejszych teorii dotyczących początków życia na naszej planecie. Najnowsze dane, dostarczone przez włoskich naukowców, dodatkowo umacniają wiarygodność tej hipotezy. Zespół prof. Ernesto Di Mauro z rzymskiego uniwersytetu La Sapienza analizował zachowanie cyklicznych nukleotydów - związków blisko spokrewnionych z jednostkami budulcowymi RNA. Włoscy naukowcy chcieli sprawdzić, czy cząsteczki tych substancji mogą przejść spontaniczną polimeryzację, której produktem byłyby cząsteczki RNA. Jak wykazano podczas serii prostych eksperymentów, do samoczynnego zajścia syntezy RNA wystarczyło podgrzanie środowiska, w którym przebywały cykliczne nukleotydy. Po podgrzaniu wodnego roztworu tych cząsteczek do temperatur z zakresu od 40 do 90 °C okazało się, że możliwe jest powstanie polimerów RNA o długości przekraczającej 120 nukleotydów. W badanych przypadkach zsyntetyzowane cząsteczki były co prawda zbudowane zaledwie z jednego typu nukleotydów (a nie z czterech, jak cząsteczki RNA występujące w organizmach żywych), lecz fakt zaobserwowania spontanicznej syntezy łańcuchów RNA oznacza przełom w badaniach zarówno nad chemicznymi właściwościami tego związku, jak i nad początkami życia na Ziemi. Odkrycie dokonane przez zespół prof. Di Mauro jest kolejną ważną przesłanką na rzecz prawdziwości hipotezy o świecie RNA. Jest ono tym ważniejsze, że cykliczne nukleotydy także mogą powstawać spontanicznie, zaś substratami do ich syntezy są proste związki, które mogły występować na Ziemi kilka miliardów lat temu. Wiele wskazuje więc na to, że powstanie życia na naszej planecie zawdzięczamy... serii stosunkowo prostych reakcji chemicznych.

Zwolennicy teorii "świata RNA", mówiącej o tym, iż nośnikiem materiału genetycznego i jednocześnie aparatem enzymatycznym pierwszych form życia na Ziemi było właśnie RNA, mają powody do satysfakcji. Na łamach czasopisma Nature pojawiła się publikacja udowadniająca możliwość spontanicznej syntezy prekursorów tego związku. Z punktu widzenia chemii RNA jest łańcuchową cząstką złożoną z następujących po sobie nukleotydów, czyli elementów złożonych z reszt cukru rybozy, kwasu fosforowego (V) oraz zasady azotowej należącej do grupy puryn lub pirymidyn. Genetyków z kolei znacznie bardziej interesuje sekwencja nukleotydów w nici RNA, gdyż to ona jest nośnikiem informacji genetycznej. Wraz ze wzrostem popularności hipotezy "świata RNA" wzrastała liczba badaczy próbujących odtworzyć warunki potrzebne do samoistnej syntezy tego związku. Ogromna większość próbowała wytworzyć kolejno wszystkie trzy związki potrzebne do syntezy nukleotydów, a następnie połączyć je ze sobą. Nikomu się to nie udało. Jak się jednak okazuje, zmiana podejścia do problemu wystarczyła, by dokonać przełomu. Autorem odkrycia jest prof. John D. Sutherland z Uniwersytetu w Manchesterze. Zamiast osobno syntetyzować rybozę i zasadę azotową, badacz postanowił zsyntetyzować cały nukleotyd pirymidynowy za jednym podejściem. Eksperyment powiódł się, zaś mieszanina reakcyjna potrzebna do wytworzenia prekursorów RNA zawierała zaledwie pięć prostych związków: cyjanamid, cyjanoacetylen, aldehyd glikolowy, aldehyd glicerolowy i aniony kwasu fosforowego (V). Wszystkie te substancje mogły istnieć na Ziemi w okresie odpowiadającym hipotetycznemu istnieniu "świata RNA". Mówiąc najprościej, wzięliśmy połowę [cząsteczki] zasady, dodaliśmy do tego połowę [cząsteczki] cukru, dodaliśmy kolejny fragment cząsteczki zasady i tak dalej, wspomina prof. Sutherland. Kluczem okazała się kolejność, w której poszczególne składniki były dodawane i sposób ich mieszania - było to zupełnie jak robienie sufletu. Niestety, nie wszystkie zagadki zostały jeszcze rozwiązane. Prof. Sutherland zastrzega, że przeprowadzony przez niego eksperyment zaszedł w ściśle kontrolowanych warunkach naczynia laboratoryjnego. Z drugiej jednak strony nie sposób nie zauważyć, że ewolucja miała na realizację tego zadania wiele milionów lat.