RNA samo powielające i samo tworzące się

Jednym z podstawowych objawów życia jest możliwość rozmnażania się, powielania swoich kopi i przekazywania informacji do następnych pokoleń. Proces ten przyjmuje się także jako podstawy początku życia. Według różnych koncepcji cząstką, która jako pierwsza mogła sprostać tym zadaniom było RNA (kwas rybonukleinowy).

Dowodzić tego mogą prace Gerald Joyce z Scripps Research Institute w La Jolla, w Kalifornia i towarzyszących mu naukowców. Badacze stworzyli bardzo wiele różnych form RNA, a następnie umieścili je w roztworze zawierającym pojedyncze nukleotydy będące budulcami RNA.

Okazało się, że niektóre cząstki były w stanie współpracować w parach odczytują swoje RNA i na tej podstawie dobierać nukleotydy z roztworu budując własne kopie. Inaczej mówiąc przeprowadzać proces replikacji. W tym procesie RNA służyło równocześnie jako źródło informacji jak i wykazywało właściwości enzymatyczne przeprowadzając proces syntezy nowej nici. Aby proces mógł zachodzić musiały brać w nim udział dwie jednostki RNA, czyli cztery nici i był on kontynuowany do wyczerpania wolnych nukleotydów z roztworu. Proces zachodzi na obu parach nici jednocześnie.

Łącznie w całym eksperymencie udało się wyodrębnić dwanaście par replikujących się cząstek RNA. Następnie naukowcy wymieszali w jednym roztworze różne rodzaje samo replikujących się par RNA. Doprowadziło to do eliminacji najmniej wydajnych par (te bardziej wydajne były lepsze w konkurowaniu o wolne nukleotydy). Ale co ciekawsze w niciach RNA po wielu powtórzeniach kopiowania, powstawały także drobne zmiany, mutacje. Prowadziły one do zmian wydajności replikacji. Jedne rodzaje RNA szybko pochłaniały pojedyncze nukleotydy z roztworu inne robiły to powoli ale ich każdy cykl kończył się wytworzeniem trzykrotnie większej liczby nici potomnych. Jak potwierdzają sami badacze może być to najważniejsze spostrzeżenie eksperymentu. Dowodzi, że cząstki RNA potrafią nie tylko przechowywać informacje i się kopiować ale i ewoluują. Zmiany szybkości pochłaniania pokarmu i produkcji cząstek potomnych do złudzenia przypominają różne strategie rozmnażania i opieki nad młodymi u zwierząt.

W obecnym świecie organizmów żywych większość z tych reakcji przejęło DNA (przechowywania i przekazywania informacji oraz ewolucji) i białka (procesy enzymatyczne syntezy).

Doświadczenie to jednak nie dowodzi bezpośrednio powstania życia z RNA. Cząstki kwasu rybonukleinowego użyte w eksperymencie zostały stworzone w laboratorium, a nie powstały samoistnie z wolnych nukleoidów. Proces taki w laboratorium jest bardzo skomplikowany i wymaga użycia wielu białek zanim dojdzie do powstania odpowiednich łańcuchów RNA.

Niedawno, proces ten udało się przełamać zespołowi z John Sutherland z University of Manchester w Wielkiej Brytanii. Dotychczas wszystkie składniki RNA (cząstki reszt cukru rybozy, kwasu fosforowego, zasady azotowej z grupy puryn lub pirymidyn) próbowano zsyntetyzować osobno i następnie je łączyć. Tym razem spróbowano zsyntetyzować cały łańcuch w jednym podejściu. Ku zaskoczeniu eksperyment się powiódł. Do osiągnięcia tego efektu stworzono mieszaninę prostych związków (cyjanamid, cyjanoacetylen, aldehyd glikolowy, aldehyd glicerolowy i aniony kwasu fosforowego), które mogły występować na pierwotnej ziemi. Jak podają naukowcy kluczem rozwiązania problemu okazała się kolejność podawania poszczególnych składników i sposób ich mieszania.

Żaden z tych eksperymentów nie dowodzi pochodzenia życia od RNA ale jest to jednak bardzo ważny krok w kierunku stworzenia życia od nowa w laboratorium.

Źródło:
- Science News, 13.05.2009r., Scientists identify chemical reactions that could be responsible for the origin of life,
- Science Daily, 10.01.2009r., How Did Life Begin? RNA That Replicates Itself Indefinitely Developed For First Time.