For fire milliarder år siden opstod de første molekylære forstadier til liv, som hvirvlede rundt i Jordens ursuppe af kemikalier. Selv om identiteten af disse molekyler fortsat er genstand for en uklar debat, er forskerne enige om, at molekylerne skulle have udført to vigtige funktioner: lagring af information og katalysering af kemiske reaktioner. Den moderne celle tildeler disse opgaver til henholdsvis DNA og proteiner – men ifølge den fortælling, der i dag dominerer forskningen om livets oprindelse og beskrivelser i biologibøger, var RNA den første, der spillede denne rolle og banede vejen for, at DNA og proteiner senere kunne tage over.
Denne hypotese, der blev fremsat i 1960’erne og to årtier senere blev døbt “RNA-verdenen”, betragtes normalt som den mest sandsynlige forklaring på, hvordan livet fik sin begyndelse. Alternative “verdener” findes i overflod, men de betragtes ofte som nødteorier, fantasifostre eller lunefulde tankeeksperimenter.
Det skyldes især, at RNA-verdenen, bortset fra teoretiseringen, er styrket af langt flere eksperimentelle beviser, end nogen af dens konkurrenter har akkumuleret. I sidste måned rapporterede Quanta Magazine om en alternativ teori, der antyder, at proteinlignende molekyler snarere end RNA kan have været planetens første selvreplikerende molekyler. Men dens resultater var rent beregningsmæssige; forskerne har kun lige påbegyndt eksperimenter for at søge støtte for deres påstande.
Nu har et par forskere fremsat en anden teori – denne gang om RNA’s og peptidernes samudvikling – som de håber vil ryste RNA-verdenens greb.
Hvorfor RNA var utilstrækkeligt
I nyere artikler, der er offentliggjort i Biosystems and Molecular Biology and Evolution, er det beskrevet, hvorfor RNA-verdenshypotesen ikke giver et tilstrækkeligt grundlag for de evolutionære begivenheder, der fulgte. I stedet, sagde Charles Carter, en strukturbiolog ved University of North Carolina, Chapel Hill, som er medforfatter til artiklerne, repræsenterer modellen “et hensigtsmæssigt forslag”. “Der er ingen måde, hvorpå en enkelt polymer kunne udføre alle de nødvendige processer, som vi nu karakteriserer som en del af livet,” tilføjede han.
Og denne enkelte polymer kunne bestemt ikke være RNA, ifølge hans holds undersøgelser. Den største indvending mod molekylet vedrører katalysen: Nogle undersøgelser har vist, at for at liv kunne opstå, skulle den mystiske polymer have koordineret hastigheden af kemiske reaktioner, der kunne variere i hastighed med op til 20 størrelsesordener. Selv hvis RNA på en eller anden måde kunne gøre dette i den præbiotiske verden, ville dets evner som katalysator have været tilpasset de brændende temperaturer – omkring 100 grader Celsius – som var fremherskende på den tidlige Jord. Når først planeten begyndte at køle af, hævder Carter, ville RNA ikke have været i stand til at udvikle sig og fortsætte arbejdet med synkronisering. Inden længe ville symfonien af kemiske reaktioner være faldet i uorden.
Men måske vigtigst af alt kunne en verden kun med RNA ikke forklare fremkomsten af den genetiske kode, som næsten alle levende organismer i dag bruger til at omsætte genetisk information til proteiner. Koden tager hver af de 64 mulige RNA-sekvenser med tre nukleotidsekvenser og henfører dem til en af de 20 aminosyrer, der bruges til at opbygge proteiner. At finde et sæt regler, der er robuste nok til at gøre det, ville tage alt for lang tid med RNA alene, sagde Peter Wills, Carters medforfatter ved University of Auckland i New Zealand – hvis RNA-verdenen overhovedet kunne nå så langt, hvilket han anså for højst usandsynligt. Efter Wills’ mening kunne RNA måske have været i stand til at katalysere sin egen dannelse, hvilket gjorde det “kemisk refleksivt”, men det manglede det, han kaldte “beregningsmæssig refleksivitet.”
“Et system, der bruger information på den måde, som organismer bruger genetisk information – til at syntetisere deres egne komponenter – må indeholde refleksiv information,” sagde Wills. Han definerede refleksiv information som information, der, “når den afkodes af systemet, fremstiller de komponenter, der udfører præcis den pågældende afkodning”. RNA i RNA-verdenshypotesen, tilføjede han, er bare kemi, fordi det ikke har nogen midler til at kontrollere sin kemi. “RNA-verdenen fortæller dig ikke noget om genetik,” sagde han.
Naturen måtte finde en anden vej, en bedre genvej til den genetiske kode. Carter og Wills mener, at de har fundet denne genvej. Den afhænger af et tæt feedback-kredsløb – et kredsløb, der ikke ville have udviklet sig fra RNA alene, men i stedet fra et peptid-RNA-kompleks.
Peptider ind i blandingen
Carter fandt antydninger af dette kompleks i midten af 1970’erne, da han på sin kandidatuddannelse lærte, at visse strukturer, der ses i de fleste proteiner, er “højrehåndede”. Det vil sige, at atomerne i strukturerne kunne have to ækvivalente spejlvendte arrangementer, men alle strukturerne bruger kun ét. De fleste af de nukleinsyrer og sukkerarter, som DNA og RNA består af, er også højrehåndede. Carter begyndte at tænke på RNA og polypeptider som komplementære strukturer, og han modellerede et kompleks, hvor “de var skabt til hinanden, som en hånd i en handske.”
Dette indebar en elementær form for kodning, et grundlag for udveksling af information mellem RNA og polypeptidet. Han var på vej til at skitsere, hvordan det kunne have set ud, idet han arbejdede sig bagud fra den langt mere sofistikerede moderne genetiske kode. Da RNA-verdenen, der blev opfundet i 1986, blev kendt, indrømmede Carter: “Jeg var ret sur.” Han følte, at hans peptid-RNA-verden, som han havde foreslået et årti tidligere, var blevet fuldstændig ignoreret.
Siden da har han, Wills og andre samarbejdet om en teori, der går tilbage til denne forskning. Deres hovedmål var at finde ud af den meget enkle genetiske kode, der gik forud for den mere specifikke og komplicerede kode, som vi kender i dag. Og derfor vendte de sig ikke blot mod beregning, men også mod genetik.
I centrum for deres teori står 20 “ladende” molekyler kaldet aminoacyl-tRNA-synthetaser. Disse katalytiske enzymer gør det muligt for RNA at binde sig til specifikke aminosyrer i overensstemmelse med reglerne i den genetiske kode. “På en måde er den genetiske kode ‘skrevet’ i specificiteten af de aktive steder” af disse enzymer, sagde Jannie Hofmeyr, en biokemiker ved Stellenbosch University i Sydafrika, som ikke var involveret i undersøgelsen.