40億年前、生命の最初の分子前駆体が、地球の化学物質の原始的スープの中で渦巻いて出現しました。 これらの分子の正体については、いまだに議論が続いていますが、科学者たちは、この分子が情報の保存と化学反応の触媒という2つの主要な機能を果たす必要があったであろうという点で意見が一致しています。 現代の細胞は、これらの役割をそれぞれ DNA とタンパク質に割り当てていますが、生命の起源に関する研究や生物学の教科書の記述で今日主流となっている説によれば、RNA が最初にその役割を果たし、後に DNA とタンパク質に引き継がれる道を開いたとされています
この仮説は、1960年代に提案されて以来、20年後に「RNA ワールド」と呼ばれるようになりましたが、生命の始まりについて最もらしい説明であると通常は考えられています。 代替の「世界」は数多くありますが、それらは予備の理論、空想の産物、または気まぐれな思考実験と見なされることが多いです。
それは主に、理論化を別にしても、RNA 世界が、他のどのライバルが蓄積したよりもはるかに多くの実験証拠によって強化されているためです。 先月、Quanta Magazine は、RNA ではなくタンパク質のような分子が地球初の自己複製体であった可能性を示唆する別の理論について報告しました。 しかし、その発見は純粋に計算によるもので、研究者たちは自分たちの主張の裏付けを求める実験を始めたばかりです。
現在、2人の研究者が別の理論、今度はRNAとペプチドの共進化を含む理論を発表し、RNAの世界の支配力を揺るがすことを望んでいます。
Why RNA Was Insufficient
Biosystems and Molecular Biology and Evolutionに掲載された最近の論文では、なぜRNAワールド仮説がその後の進化の出来事に十分な基礎を提供しないのかが明らかにされています。 論文の共著者であるノースカロライナ大学チャペルヒル校の構造生物学者チャールズ・カーターは、このモデルは「都合のよい提案」であると述べています。 「単一ポリマーが、私たちが現在生命の一部として特徴づけている必要なプロセスのすべてを遂行できるわけがないのです」と、彼は付け加えました。 この分子に対する主な反論は、触媒作用に関するものです。 生命が誕生するためには、その謎のポリマーが、20桁も速度が異なる化学反応の速度を調整しなければならないことが、いくつかの研究によって明らかにされている。 仮にRNAが前生物界で何らかの形でこれを行えたとしても、その触媒としての能力は、初期の地球に溢れていた摂氏100度前後の灼熱の温度に適応したものでなければならなかっただろう。 しかし、地球が冷え始めると、RNAは進化を遂げることができず、同調作業を続けることができなくなるとカーターは主張する。 3316>
おそらく最も重要なことは、RNAだけの世界では、今日のほぼすべての生物が遺伝情報をタンパク質に変換するために使用している、遺伝暗号の出現を説明できないことです。 遺伝暗号は、64個の3塩基RNA配列のそれぞれを、タンパク質を構築するために使用される20個のアミノ酸のうちの1つに対応させるものである。 カーターの共著者であるニュージーランドのオークランド大学のピーター・ウィルスは、もしRNAの世界がそこまで到達できたとしても、RNAだけでは時間がかかり過ぎると言う。 ウィルスの見解では、RNA は自分自身の形成を触媒することができ、「化学的反射性」を備えていたかもしれませんが、彼が「計算的反射性」と呼ぶものを欠いていました。 彼は、反射的情報を、「システムによってデコードされると、まさにその特定のデコードを実行する構成要素を作る」情報と定義しました。 RNAワールド仮説のRNAは、化学を制御する手段を持たないので、単なる化学であると彼は付け加えた。 “RNAワールドは遺伝学について何も教えてくれません “と彼は言いました。
自然は別のルート、遺伝コードへのより良い近道を見つけなければなりませんでした。 カーターとウィルズは、その近道を発見したと考えています。
Bringing Peptides Into the Mix
Carter は、大学院で、ほとんどのタンパク質に見られる特定の構造が「右巻き」であることを学んだとき、1970年代半ばにその複合体のヒントを発見しました。 つまり、構造中の原子は2つの等価な鏡像配置をとりうるのですが、その構造はすべて1つしか使っていないのです。 DNAやRNAを構成する核酸や糖の多くも右巻きである。 カーターは、RNAとポリペプチドが相補的な構造であると考え始め、「手袋をはめた手のように、互いのために作られた」複合体をモデル化しました。 彼は、はるかに洗練された現代の遺伝暗号から逆算して、それがどのようなものであったかをスケッチしているところでした。 1986年、「RNAワールド」という造語が注目を浴びた時、カーターは「かなりムカついた」と告白した。 その10年前に提案したペプチド-RNAの世界がまったく無視されていると感じたのです」
それ以来、彼とウィルスらは、その研究に立ち返った理論を共同開発しています。 彼らの主な目標は、今日のより具体的で複雑な遺伝暗号に先行する、非常に単純な遺伝暗号を解明することでした。 3316>
彼らの理論の中心にあるのは、アミノアシルtRNA合成酵素と呼ばれる20の「ローディング」分子です。 これらの触媒酵素により、RNAは遺伝暗号の規則に従って特定のアミノ酸と結合することができるのです。 南アフリカのステレンボッシュ大学の生化学者であるJannie Hofmeyrは、この研究には参加していませんが、「ある意味で、遺伝暗号はこれらの酵素の活性部位の特異性に『書かれて』いるのです」と述べています。