Naukowcy odkryli cząsteczkę RNA, nazwaną QT45, która wykonuje prawie wszystkie etapy niezbędne do reprodukcji, co jest procesem krytycznym w wiodącej teorii początków życia. Ten przełom dostarcza przekonujących dowodów na poparcie hipotezy „świata RNA”, która głosi, że głównym materiałem genetycznym we wczesnym okresie życia był RNA, a nie DNA. Odkrycie jest znaczące, ponieważ pokazuje, że stosunkowo prosta cząsteczka może katalizować reakcje potrzebne do utworzenia kopii samej siebie, chociaż nie jednocześnie w obecnych eksperymentach.
Hipoteza świata RNA i problem samoreprodukcji
Przez dziesięciolecia naukowcy snuli teorię, że życie powstało z cząsteczek RNA zdolnych do samoreplikacji. RNA, w przeciwieństwie do DNA, może zarówno przechowywać informację genetyczną i działać jako enzym, katalizując reakcje chemiczne. Ta podwójna funkcja czyni go głównym kandydatem na najwcześniejsze formy życia. Jednak znalezienie cząsteczki RNA, która niezawodnie samoreplikuje, okazało się poważną przeszkodą. Poprzednie próby wymagały dużych, złożonych struktur RNA, które prawdopodobnie nie utworzyły się spontanicznie na wczesnej Ziemi.
QT45: przełom w prostocie
Zespół badawczy kierowany przez Philipa Holligera z Laboratorium Biologii Molekularnej MRC ominął tę złożoność, koncentrując się na znalezieniu mniejszych, prostszych sekwencji RNA. Zaczynając od biliona losowych sekwencji składających się z 20–40 nukleotydów, zidentyfikowali trzy, które mogłyby połączyć nukleotydy ze sobą. Poprzez powtarzane rundy mutacji i selekcji przekształcili te sekwencje w cząsteczkę o długości 45 nukleotydów (QT45), która może teraz katalizować tworzenie komplementarnych łańcuchów RNA, w tym sekwencji odzwierciedlających własne.
Kluczowe wnioski na wynos:
- QT45 może składać krótkie łańcuchy nukleotydowe poprzez efektywne kopiowanie matryc RNA.
- Cząsteczka może tworzyć kopie z tych komplementarnych łańcuchów.
- Chociaż całkowita samoreprodukcja (obie reakcje zachodzą jednocześnie) nie została jeszcze osiągnięta, jest to niedaleko.
Dlaczego to ma znaczenie: warunki na wczesnej Ziemi
Warunki wymagane do funkcjonowania QT45 – woda alkaliczna tuż powyżej punktu zamarzania – ściśle odpowiadają warunkom, które istniały na wczesnej Ziemi, np. w regionach takich jak Islandia, gdzie występowała aktywność hydrotermalna i cykle zamrażania i rozmrażania. Cykle te zapewniłyby energię potrzebną do napędzania reakcji, a kieszenie wody stopionej lub pęcherzyków kwasów tłuszczowych mogłyby zawierać niezbędne składniki.
Odkrycie QT45 nie było po prostu kwestią reprodukcji RNA w laboratorium; pokazuje, w jaki sposób samooptymalizujący się system mógł ewoluować w sposób naturalny. Ponieważ proces wprowadza błędy, niektóre odmiany nieuchronnie będą działać lepiej, co prowadzi do wykładniczej replikacji najskuteczniejszych obwodów.
„Ekscytujące jest to, że gdy system zacznie się replikować, powinien zacząć się samooptymalizować” – mówi Holliger.
Kolejne kroki i potwierdzenie eksperta
Zespół planuje dalszy rozwój QT45 i zbadanie warunków umożliwiających jednoczesne odtwarzanie. Eksperci są zgodni, że jest to znaczący postęp. Sabine Müller z Uniwersytetu w Greifswaldzie zauważa, że wyniki są „wyjątkowe”, a Zachary Adam z Uniwersytetu Wisconsin-Madison podkreśla nieprawdopodobność znalezienia QT45 wśród „niewyobrażalnie dużej” liczby możliwych sekwencji.
Odkrycie QT45 stanowi punkt zwrotny w zrozumieniu pochodzenia życia, udowadniając, że samoreplikacja poprzez RNA nie jest tylko teorią, ale jest w oczywisty sposób możliwa do osiągnięcia przy użyciu stosunkowo prostych struktur molekularnych.
