Je dostatočne jednoduchá na to, aby mohla vzniknúť spontánne, dokáže sa samostatne replikovať a podliehať zmenám pod tlakom selekcie.
Malý ribozóm so 45 nukleotidmi vedci pomenovali Quite Tiny 45 (QT45). Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Život na Zemi vznikol približne pred 3,8 až 4,1 miliardy rokov. Moderná teória evolučnej abiogenézy sa v súčasnosti považuje za najpravdepodobnejšiu teóriu vzniku života. Predpokladá, že život vznikol v praoceánoch, kde sa molekuly začali samovoľne replikovať, teda tvoriť vlastné kópie.
Výskumný tím pôsobiaci v MRC Laboratory of Molecular Biology v Cambridgei teraz objavil molekulu ribonukleovej kyseliny (RNA), ktorá spĺňa najdôležitejšie predpoklady: dokáže sa samostatne replikovať a podliehať zmenám pod tlakom selekcie, pričom je dostatočne jednoduchá na to, aby mohla vzniknúť spontánne.
Prvotný replikátor
Vedci už dlhšie predpokladajú, že prvé samoreplikačné molekuly, ktoré dokázali prenášať genetickú informáciu a zároveň katalyzovať reakcie, boli krátke úseky RNA. V porovnaní s DNA, ktorá je dosť pasívnym bunkovým elementom, je RNA veľmi reaktívna a dokáže ukladať genetické informácie.
Dlhšie panoval názor, že na to, aby RNA mohla riadiť svoje vlastné replikovanie, musí mať určitú veľkosť. Čím je však molekula dlhšia, tým viac mutácií sa nahromadí počas procesu replikácie. Podľa vedca Philippa Holligera z Cambridgea, ktorý sa podieľal na tomto výskume, v podstate ide o paradox. „Aby mohla molekula spontánne vzniknúť v „prapolievke“, musí byť jednoduchá. Na replikáciu však musí byť komplexná,“ uviedol v rozhovore pre portál ORF-Wissen.
Malá RNA s názvom QT45
Doteraz sa predpokladalo, že by mala molekula RNA pozostávať prinajmenšom zo 150 stavebných jednotiek, aby mohla katalyzovať svoju replikáciu. Spontánny vznik takto dlhých funkčných RNA sekvencií bol však považovaný za málo pravdepodobný.
Vedci z MRC Laboratory of Molecular Biology v Cambridgei identifikovali medzi biliónmi náhodných sekvencií tri malé nesúvisiace RNA sekvencie, ktoré pozostávajú iba z 20 až 40 nukleotidov, základných stavebných jednotiek nukleových kyselín, no i tak dokážu katalyzovať reakciu.
Tieto RNA prešli ďalšou laboratórnou evolúciou s cieľom zlepšiť ich katalytickú aktivitu, čo viedlo k vytvoreniu neočakávane malého ribozýmu so 45 nukleotidmi s robustnou aktivitou RNA polymerázy, ktorý pomenovali Quite Tiny 45 (QT45).
Výsledok tejto evolúcie v laboratóriu teraz opísali štúdii v odbornom časopise Science. Molekula s názvom QT45 pozostáva zo 45 nukleotidov a replikuje sa v dvoch krokoch: RNA reťazec najprv vytvorí komplementárnu sekvenciu, ktorá následne slúži ako predloha na vznik pôvodnej sekvencie.
Reakciu vedci z Cambridgea z metodických dôvodov opísali v dvoch rozdielnych krokoch. Teraz by malo nasledovať ich zlúčenie do jedného kroku. V prípade úspechu pôjde o prvý realistický scenár, ktorý ukáže, „ako sa hmota na ranej Zemi spojila do niečoho komplexnejšieho a ako náhodne vznikli genetické informácie“, uviedol Holliger.
Na správnej ceste
Reakcie odbornej verejnosti sú priaznivé až nadšené, biochemička Sabine Müllerová z Univerzity v Greifswalde hovorí o „mimoriadnych“ experimentoch. Podľa odborníka na RNA Geralda Joycea zo Salk Institute sú vedci na dobrej ceste. „This is good stuff.“ Je to dobré, uviedol.
Ďalší výskum v tejto oblasti je v pláne. Holliger chce zistiť, prečo jednoduchá RNA nezostala na tej úrovni a vyvíjala sa do zložitejších systémov. Čo ju podnietilo, aby sa spájala s inými molekulami a vytvárala čoraz väčšie štruktúry?
„Moja osobná hypotéza znie: Ak všetko zostáva stabilné, RNA má tendenciu zmenšovať sa. Ak sa však podmienky prostredia menia, výhodu získavajú komplexnejšie zoskupenia,“ uviedol.
Zamrznutá „prapolievka“
Holliger a jeho tím robili svoje pokusy v takmer zamrznutej slanej vode pri teplote mínus sedem stupňov Celzia. RNA zostala aj pri tejto teplote reaktívna. V slanom roztoku sa navyše vytvorili malé dutiny (mikropriestory), v ktorých sa hromadili a koncentrovali látky potrebné na reakcie.
Pred miliardami rokov mohli podobné podmienky panovať aj na Zemi. Jeden model vychádza z predpokladu, že „prapolievka“ bola zamrznutá a opakovane sa roztápala vplyvom podzemných horúcich prameňov. Týmito procesmi sa podľa vedcov mohli vytvoriť pH gradienty, na ktoré nadviazali chemické reakcie.
Podľa Holligera je vo veci aj kozmický rozmer. „Tekutá povrchová voda je jedinečná a doteraz bola potvrdená len na Zemi. Voda v zamrznutej forme je vo vesmíre pomerne bežná. Možno najjednoduchšie formy života vznikli tam vonku a na Zem sa dostali až dodatočne?“
Zdroj: science.ORF.at, MRC Laboratory of Molecular Biology, Wikipedia, Biopedia, VND
(zh)
