Před čtyřmi miliardami let se v prvotní chemické polévce na Zemi objevili první molekulární předchůdci života. Ačkoli identita těchto molekul zůstává předmětem bouřlivých diskusí, vědci se shodují, že molekuly musely plnit dvě hlavní funkce: uchovávat informace a katalyzovat chemické reakce. Moderní buňka přisuzuje tyto úkoly DNA, respektive bílkovinám – ale podle příběhu, který dnes dominuje výzkumu vzniku života a popisům v učebnicích biologie, hrála tuto roli jako první RNA, která připravila půdu pro pozdější nástup DNA a bílkovin.
Tato hypotéza, navržená v 60. letech 20. století a nazvaná o dvě desetiletí později „svět RNA“, je obvykle považována za nejpravděpodobnější vysvětlení toho, jak vznikl život. Alternativních „světů“ je mnoho, ale často jsou považovány za záložní teorie, úlety fantazie nebo rozmarné myšlenkové experimenty.
To je hlavně proto, že když pomineme teoretizování, svět RNA je opevněn mnohem větším množstvím experimentálních důkazů, než nashromáždil kterýkoli z jeho konkurentů. Minulý měsíc časopis Quanta přinesl zprávu o alternativní teorii, podle níž mohly být prvními samoreplikujícími se látkami na naší planetě molekuly podobné bílkovinám, nikoliv RNA. Její závěry však byly čistě výpočetní; vědci teprve začali s experimenty, aby svá tvrzení podpořili.
Nyní dvojice výzkumníků předložila další teorii – tentokrát zahrnující koevoluci RNA a peptidů – která, jak doufají, otřese pozicí světa RNA.
Proč RNA nestačila
Nedávné práce publikované v časopisech Biosystems and Molecular Biology and Evolution vytyčily, proč hypotéza světa RNA neposkytuje dostatečný základ pro následující evoluční události. Podle Charlese Cartera, strukturního biologa z University of North Carolina v Chapel Hill, který je spoluautorem těchto článků, představuje tento model naopak „účelový návrh“. „Není možné, aby jediný polymer mohl provádět všechny nezbytné procesy, které nyní charakterizujeme jako součást života,“ dodal.
A tímto jediným polymerem podle studií jeho týmu rozhodně nemohla být RNA. Hlavní námitka proti této molekule se týká katalýzy: Některé výzkumy ukázaly, že pro vznik života by záhadný polymer musel koordinovat rychlost chemických reakcí, jejichž rychlost by se mohla lišit až o 20 řádů. I kdyby to RNA v prebiotickém světě nějak dokázala, její schopnosti katalyzátoru by musely být přizpůsobeny vysokým teplotám – kolem 100 stupňů Celsia -, které panovaly na rané Zemi. Jakmile by se planeta začala ochlazovat, tvrdí Carter, RNA by se nedokázala vyvinout a pokračovat v synchronizaci. Zanedlouho by se symfonie chemických reakcí rozpadla.
Možná nejdůležitější je, že svět založený pouze na RNA by nedokázal vysvětlit vznik genetického kódu, který dnes téměř všechny živé organismy používají k překladu genetické informace do proteinů. Kód bere každou z 64 možných třínukleotidových sekvencí RNA a přiřazuje ji k jedné z 20 aminokyselin používaných k tvorbě bílkovin. Nalezení dostatečně robustního souboru pravidel, který by to dokázal, by u samotné RNA trvalo příliš dlouho, řekl Peter Wills, Carterův spoluautor z Aucklandské univerzity na Novém Zélandu – pokud by svět RNA vůbec dokázal dospět do tohoto bodu, což považuje za velmi nepravděpodobné. Podle Willsova názoru by RNA mohla být schopna katalyzovat svou vlastní tvorbu, čímž by se stala „chemicky reflexivní“, ale chybělo by jí to, co nazval „výpočetní reflexivitou“.
„Systém, který využívá informace tak, jak organismy využívají genetickou informaci – k syntéze svých vlastních komponent – musí obsahovat reflexivní informaci,“ řekl Wills. Reflexivní informaci definoval jako informaci, která, „když je dekódována systémem, vytváří komponenty, které provádějí právě toto konkrétní dekódování“. Dodal, že RNA hypotézy o světě RNA je jen chemie, protože nemá žádné prostředky, jak svou chemii řídit. „Svět RNA vám neřekne nic o genetice,“ řekl.
Příroda musela najít jinou cestu, lepší zkratku ke genetickému kódu. Carter a Wills si myslí, že tuto zkratku objevili. Závisí na těsné smyčce zpětné vazby – která by se nevyvinula ze samotné RNA, ale z komplexu peptid-RNA.
Vedení peptidů do mixu
Carter našel náznaky tohoto komplexu v polovině sedmdesátých let, když se na postgraduální škole dozvěděl, že některé struktury pozorované u většiny proteinů jsou „pravotočivé“. To znamená, že atomy ve strukturách by mohly mít dvě rovnocenná zrcadlově obrácená uspořádání, ale všechny struktury používají jen jedno. Většina nukleových kyselin a cukrů tvořících DNA a RNA je také pravotočivá. Carter začal uvažovat o RNA a polypeptidech jako o komplementárních strukturách a vymodeloval komplex, v němž „byly stvořeny jeden pro druhého, jako ruka v rukavici.“
To předpokládalo elementární druh kódování, základ pro výměnu informací mezi RNA a polypeptidem. Byl na nejlepší cestě načrtnout, jak by to mohlo vypadat, když pracoval zpětně od mnohem sofistikovanějšího moderního genetického kódu. Když se svět RNA, vytvořený v roce 1986, dostal do popředí, Carter přiznal: „Byl jsem z toho pěkně vytočený“. Měl pocit, že jeho peptidový svět RNA, navržený o deset let dříve, byl zcela ignorován.
Od té doby on, Wills a další spolupracovali na teorii, která se k tomuto výzkumu vrací. Jejich hlavním cílem bylo přijít na velmi jednoduchý genetický kód, který předcházel tomu dnešnímu, specifičtějšímu a složitějšímu. A tak se obrátili nejen k výpočtům, ale také ke genetice.
V centru jejich teorie je 20 „nakládacích“ molekul zvaných aminoacyl-tRNA syntetázy. Tyto katalytické enzymy umožňují RNA spojit se s konkrétními aminokyselinami v souladu s pravidly genetického kódu. „V jistém smyslu je genetický kód „zapsán“ ve specifičnosti aktivních míst“ těchto enzymů, řekl Jannie Hofmeyr, biochemik na Stellenboschově univerzitě v Jihoafrické republice, který se na studii nepodílel.
.