Négymilliárd évvel ezelőtt az élet első molekuláris előfutárai a földi kémiai őslevesben kavarogva keletkeztek. Bár ezeknek a molekuláknak a kiléte továbbra is heves viták tárgya, a tudósok egyetértenek abban, hogy a molekuláknak két fő funkciót kellett ellátniuk: információt kellett tárolniuk és kémiai reakciókat kellett katalizálniuk. A modern sejt ezeket a feladatokat a DNS-hez, illetve a fehérjékhez rendeli – de az élet eredete kutatásában és a biológia tankönyvek leírásaiban ma uralkodó narratíva szerint az RNS töltötte be először ezt a szerepet, előkészítve az utat a DNS és a fehérjék számára, hogy később átvegyék a feladatokat.
Az 1960-as években felvetett és két évtizeddel később “RNS-világnak” nevezett hipotézist általában a legvalószínűbb magyarázatnak tekintik az élet kezdetére. Alternatív “világok” is léteznek, de ezeket gyakran tartalék elméleteknek, fantáziavilágoknak vagy szeszélyes gondolatkísérleteknek tekintik.
Ez főként azért van így, mert az elméleteket félretéve az RNS-világot sokkal több kísérleti bizonyíték támasztja alá, mint amennyit bármelyik versenytársa felhalmozott. A múlt hónapban a Quanta Magazine beszámolt egy alternatív elméletről, amely szerint nem az RNS, hanem a fehérje-szerű molekulák lehettek a bolygó első önreprodukálói. De megállapításai pusztán számítási eredmények voltak; a kutatók csak most kezdték el a kísérleteket, hogy alátámasztást keressenek állításaiknak.
Most egy kutatópáros egy másik elmélettel állt elő – ezúttal az RNS és a peptidek együttes fejlődésével -, amely reményeik szerint megingatja az RNS-világ tartását.
Miért volt elégtelen az RNS
A Biosystems and Molecular Biology and Evolution című folyóiratban nemrég megjelent tanulmányok felvázolták, hogy az RNS-világ hipotézis miért nem nyújt elegendő alapot az azt követő evolúciós eseményekhez. Ehelyett – mondta Charles Carter, a Chapel Hill-i Észak-Karolinai Egyetem szerkezetbiológusa, a cikkek társszerzője – a modell “egy célszerű javaslatot” képvisel. “Kizárt, hogy egyetlen polimer végezze el mindazokat a szükséges folyamatokat, amelyeket ma az élet részeként jellemzünk” – tette hozzá.”
És ez az egyetlen polimer biztosan nem lehetett RNS, a csoportja tanulmányai szerint. A molekulával kapcsolatos legfőbb ellenvetés a katalízisre vonatkozik: Egyes kutatások szerint ahhoz, hogy az élet létrejöjjön, a titokzatos polimernek olyan kémiai reakciók sebességét kellett volna koordinálnia, amelyek sebessége akár 20 nagyságrenddel is eltérhet. Még ha az RNS valahogyan képes is volt erre a prebiotikus világban, katalizátorként való képességeit a korai Földön uralkodó perzselő – 100 Celsius-fok körüli – hőmérséklethez kellett volna igazítani. Amint a bolygó hűlni kezdett, állítja Carter, az RNS nem lett volna képes fejlődni és folytatni a szinkronizációs munkát. A kémiai reakciók szimfóniája hamarosan zűrzavarba került volna.
A legfontosabb talán az, hogy egy csak RNS-re épülő világ nem tudta volna megmagyarázni a genetikai kód kialakulását, amelyet ma szinte minden élő szervezet használ a genetikai információ fehérjékké történő lefordítására. A kód a 64 lehetséges három nukleotidból álló RNS-szekvencia mindegyikét a fehérjék felépítéséhez használt 20 aminosav egyikéhez rendeli. Egy ehhez elég robusztus szabályrendszer megtalálása túl sokáig tartana csak az RNS-szel, mondta Peter Wills, Carter társszerzője az új-zélandi Aucklandi Egyetemen – már ha az RNS-világ egyáltalán eljutna odáig, amit ő nagyon valószínűtlennek tart. Wills véleménye szerint az RNS képes lehetett volna katalizálni saját képződését, ami “kémiailag reflexívvé” tette volna, de hiányzott belőle az, amit ő “számítási reflexivitásnak” nevezett.”
“Egy olyan rendszernek, amely úgy használja az információt, ahogyan az organizmusok a genetikai információt használják – saját alkotóelemeik szintézisére -, reflexív információt kell tartalmaznia” – mondta Wills. A reflexív információt úgy definiálta, mint olyan információt, amely “amikor a rendszer dekódolja, olyan komponenseket állít elő, amelyek pontosan ezt a bizonyos dekódolást végzik”. Hozzátette, hogy az RNS-világ hipotézisének RNS-e csak kémia, mert nincs módja a kémia irányítására. “Az RNS-világ nem mond semmit a genetikáról” – mondta.”
A természetnek más utat kellett találnia, egy jobb rövidebb utat a genetikai kódhoz. Carter és Wills úgy gondolja, hogy felfedezték ezt a rövidebb utat. Ez egy szoros visszacsatolási huroktól függ – olyan huroktól, amely nem csak az RNS-ből, hanem egy peptid-RNS komplexből alakulhatott ki.
Peptidek bevonása a keverékbe
Carter az 1970-es évek közepén talált rá erre a komplexre, amikor a doktori iskolában megtudta, hogy a legtöbb fehérjében látható bizonyos struktúrák “jobbkezesek”. Ez azt jelenti, hogy a struktúrákban az atomok két egyenértékű tükörképes elrendezésűek lehetnek, de a struktúrák mindegyike csak az egyiket használja. A DNS-t és az RNS-t alkotó nukleinsavak és cukrok többsége is jobbkezes. Carter az RNS-t és a polipeptideket egymást kiegészítő struktúrákként kezdte el elképzelni, és egy olyan komplexumot modellezett, amelyben “egymásnak készültek, mint kéz a kesztyűben.”
Ez egyfajta elemi kódolást feltételezett, az RNS és a polipeptid közötti információcsere alapját. Útban volt ahhoz, hogy felvázolja, hogyan nézhetett ki ez, visszafelé haladva a sokkal kifinomultabb modern genetikai kódtól. Amikor az 1986-ban kitalált RNS-világ előtérbe került, Carter bevallotta: “Eléggé ki voltam akadva”. Úgy érezte, hogy az egy évtizeddel korábban javasolt peptid-RNS-világát teljesen figyelmen kívül hagyták.”
Azóta ő, Wills és mások együtt dolgoztak egy olyan elméleten, amely visszanyúlik ehhez a kutatáshoz. Fő céljuk az volt, hogy megfejtsék azt a nagyon egyszerű genetikai kódot, amely megelőzte a mai, sokkal specifikusabb és bonyolultabb kódot. Ezért nemcsak a számításhoz, hanem a genetikához is fordultak.
Az elméletük középpontjában 20 “betöltő” molekula, az aminoacil-tRNS-szintetázok állnak. Ezek a katalitikus enzimek lehetővé teszik, hogy az RNS a genetikai kód szabályainak megfelelően meghatározott aminosavakhoz kapcsolódjon. “Bizonyos értelemben a genetikai kód az enzimek aktív helyeinek sajátosságaiba van “írva”” – mondta Jannie Hofmeyr, a dél-afrikai Stellenbosch Egyetem biokémikusa, aki nem vett részt a tanulmányban.
Nem vett részt a tanulmányban.