Jak powstało życie na Ziemi? Naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego przedstawili możliwy scenariusz tego przełomowego wydarzenia w artykule opublikowanym ostatnio w czasopiśmie Trends in Ecology and Evolution.
Życie jakie znamy rozpoczęło się na Ziemi trzy miliardy lat temu i ma charakter komórkowy. Zaawansowane organizmy, jak na przykład człowiek, składają się z bilionów komórek, zaś najprostsze formy życia – z pojedynczej komórki. Naukowcy przyzwyczajeni sią do badania nowych form życia („dzieci”) pochodzących od swoich poprzedników („rodziców”). Inaczej przedstawia się sytuacja z pierwszą formą życia, znaną jako initial Darwinian ancestor – IDA, która musiała powstać spontanicznie, w wyniku pewnego rodzaju reakcji chemicznej, z pewnością była zatem „prosta” i zdolna do samopowielania.
IDA nie mogła jednak być komórką, bowiem nawet pojedyncza komórka jest złożoną, samopowielającą się maszyną z setkami tysięcy biologicznych „części” zdecydowanie zbyt złożonych, żeby powstawać spontanicznie. Czym zatem mogła być pierwsza forma życia? Według najbardziej atrakcyjnej teorii była to nić kwasu nukleinowego, a dokładnie RNA, bliskiego kuzyna DNA. RNA katalizuje reakcje chemiczne (co jest przydatne do tworzenia swoich własnych kopii) oraz stanowi nośnik informacji (co umożliwia zapisanie instrukcji, co należy zbudować). Jednakże, teoria ta sprawia pewne problemy – obecnie dostępne dane sugerują, że nić RNA zdolna do samopowielania byłaby najprawdopodobniej zbyt długa, żeby powstać spontanicznie i nie przypomina ona samoreplikujących się systemów znanych z dzisiejszych komórek, które składają się z dwóch elementów – kwasu nukleinowego oraz białek.
Para kwas nukleinowy-białko stanowi dwuelementowy samopowielający się system
Nowy artykuł dr. hab. Jonathana Heddle’a, kierownika Laboratorium Bionanonauki i Biochemii w Małopolskim Centrum Biotechnologii UJ, który powstał we współpracy z Bernardem Piette z Zakładu Nauk Matematycznych Durham University, przedstawia koncepcję, według której IDA również składała się z dwóch części – krótkiej nici kwasu nukleinowego oraz krótkiego peptydu. Kwas nukleinowy zawiera informacje o tym, jak zbudować białko z prostych elementów oraz kieruje ich budową, podczas gdy stworzone białko produkuje kopie nici kwasu nukleinowego. Para ta stanowi zatem dwuelementowy samopowielający się system.
- Podoba nam się ten pomysł, ponieważ zachowuje on obserwowany w dzisiejszych warunkach rozdział pomiędzy funkcjami kwasów nukleinowych i białek, zaś poszczególne elementy wydają się być wystarczająco proste, by móc powstać w sposób spontaniczny we wczesnym okresie historii Ziemi – komentuje dr hab. Heddle.
Naukowcy liczą, że ich publikacja skłoni innych badaczy do eksperymentalnego sprawdzenia poprawności dwuelementowej koncepcji IDA. Jej wykazanie na drodze eksperymentu może dostarczyć istotnej wiedzy na temat prapoczątków życia.
Artykuł dostępny jest pod adresem https://doi.org/10.1016/j.tree.2020.01.001.
