În urmă cu patru miliarde de ani, au apărut primii precursori moleculari ai vieții, învârtindu-se în supa primordială de substanțe chimice de pe Pământ. Deși identitatea acestor molecule rămâne un subiect de dezbatere fracționată, oamenii de știință sunt de acord că moleculele ar fi trebuit să îndeplinească două funcții majore: stocarea informațiilor și catalizarea reacțiilor chimice. Celula modernă atribuie aceste responsabilități ADN-ului și, respectiv, proteinelor sale – dar, conform narațiunii care domină astăzi cercetările privind originea vieții și descrierile din manualele de biologie, ARN-ul a fost primul care a jucat acest rol, deschizând calea pentru ca ADN-ul și proteinele să preia mai târziu.
Această ipoteză, propusă în anii 1960 și supranumită „lumea ARN-ului” două decenii mai târziu, este văzută de obicei ca fiind cea mai probabilă explicație pentru modul în care viața a luat naștere. „Lumile” alternative abundă, dar ele sunt adesea considerate teorii de rezervă, fantezii sau experimente de gândire capricioase.
Acest lucru se datorează în principal faptului că, lăsând la o parte teoriile, lumea ARN este întărită de mult mai multe dovezi experimentale decât au acumulat oricare dintre concurenții săi. Luna trecută, revista Quanta Magazine a relatat despre o teorie alternativă care sugerează că moleculele asemănătoare proteinelor, mai degrabă decât ARN-ul, ar fi putut fi primele autoreplicatoare ale planetei. Dar concluziile sale au fost pur computaționale; cercetătorii abia au început experimentele pentru a căuta sprijin pentru afirmațiile lor.
Acum, o pereche de cercetători a prezentat o altă teorie – de data aceasta implicând coevoluția ARN-ului și a peptidelor – care speră că va zdruncina stăpânirea lumii ARN-ului.
De ce ARN-ul a fost insuficient
Articole recente publicate în Biosystems and Molecular Biology and Evolution au conturat motivul pentru care ipoteza lumii ARN nu oferă o bază suficientă pentru evenimentele evolutive care au urmat. În schimb, a declarat Charles Carter, un biolog structuralist de la Universitatea din Carolina de Nord, Chapel Hill, coautor al lucrărilor, modelul reprezintă „o propunere expeditivă”. „Nu există nicio posibilitate ca un singur polimer să realizeze toate procesele necesare pe care le caracterizăm acum ca făcând parte din viață”, a adăugat el.
Și acel singur polimer cu siguranță nu ar putea fi ARN, conform studiilor echipei sale. Principala obiecție la adresa moleculei se referă la cataliză: Unele cercetări au arătat că, pentru ca viața să se instaleze, polimerul misterios ar fi trebuit să coordoneze vitezele unor reacții chimice care ar putea să difere în viteză cu până la 20 de ordine de mărime. Chiar dacă ARN-ul ar fi putut face cumva acest lucru în lumea prebiotică, capacitățile sale de catalizator ar fi fost adaptate la temperaturile arzătoare – aproximativ 100 de grade Celsius – care abundau pe Pământul timpuriu. Odată ce planeta a început să se răcească, susține Carter, ARN-ul nu ar fi fost capabil să evolueze și să mențină munca de sincronizare. În scurt timp, simfonia reacțiilor chimice ar fi căzut în dezordine.
Poate cel mai important, o lume numai cu ARN nu ar putea explica apariția codului genetic, pe care aproape toate organismele vii de astăzi îl folosesc pentru a traduce informația genetică în proteine. Codul ia fiecare dintre cele 64 de secvențe posibile de ARN cu trei nucleotide și le mapează la unul dintre cei 20 de aminoacizi folosiți pentru a construi proteine. Găsirea unui set de reguli suficient de robuste pentru a face acest lucru ar dura mult prea mult timp doar cu ARN-ul, a declarat Peter Wills, coautorul lui Carter de la Universitatea Auckland din Noua Zeelandă – dacă lumea ARN-ului ar putea ajunge la acest punct, lucru pe care l-a considerat foarte puțin probabil. În opinia lui Wills, ARN-ul ar fi putut fi capabil să își catalizeze propria formare, făcându-l „reflexiv din punct de vedere chimic”, dar îi lipsea ceea ce el a numit „reflexivitate computațională.”
„Un sistem care folosește informația în modul în care organismele folosesc informația genetică – pentru a-și sintetiza propriile componente – trebuie să conțină informație reflexivă”, a spus Wills. El a definit informația reflexivă ca fiind o informație care, „atunci când este decodificată de sistem, produce componentele care realizează exact acea decodificare specială”. ARN-ul din ipoteza lumii ARN, a adăugat el, este doar chimie, deoarece nu are niciun mijloc de a-și controla chimia. „Lumea ARN-ului nu vă spune nimic despre genetică”, a spus el.
Natura trebuia să găsească o cale diferită, o scurtătură mai bună către codul genetic. Carter și Wills cred că au descoperit acea scurtătură. Depinde de o buclă de reacție strânsă – una care nu s-ar fi dezvoltat doar din ARN, ci dintr-un complex peptidă-ARN.
Aducerea peptidelor în amestec
Carter a găsit indicii ale acelui complex la mijlocul anilor 1970, când a învățat la școala de absolvire că anumite structuri observate în majoritatea proteinelor sunt „drepte”. Adică, atomii din structuri ar putea avea două aranjamente echivalente în oglindă, dar toate structurile folosesc doar una singură. Cei mai mulți dintre acizii nucleici și zaharurile care alcătuiesc ADN și ARN sunt, de asemenea, dreptaci. Carter a început să se gândească la ARN și la polipeptide ca la structuri complementare și a modelat un complex în care „au fost făcute una pentru cealaltă, ca o mână într-o mănușă.”
Aceasta a presupus un tip elementar de codificare, o bază pentru schimbul de informații între ARN și polipeptidă. El era pe cale să schițeze cum ar fi putut arăta acest lucru, lucrând în sens invers față de codul genetic modern, mult mai sofisticat. Când lumea ARN, inventată în 1986, a devenit proeminentă, Carter a recunoscut: „Am fost destul de supărat”. El a simțit că lumea sa peptidă-ARN, propusă cu un deceniu mai devreme, fusese complet ignorată.
De atunci, el, Wills și alții au colaborat la o teorie care se învârte în jurul acelei cercetări. Scopul lor principal a fost să descopere codul genetic foarte simplu care l-a precedat pe cel mai specific și mai complicat de astăzi. Și astfel, ei au apelat nu doar la calcul, ci și la genetică.
În centrul teoriei lor se află 20 de molecule de „încărcare” numite aminoacil-tRNA sintetaze. Aceste enzime catalitice permit ARN-ului să se lege cu aminoacizi specifici în conformitate cu regulile codului genetic. „Într-un anumit sens, codul genetic este „scris” în specificitatea situsurilor active” ale acestor enzime, a declarat Jannie Hofmeyr, biochimist la Universitatea Stellenbosch din Africa de Sud, care nu a fost implicat în studiu.
.