Przez dziesięciolecia hipoteza świata RNA była głównym wyjaśnieniem początku życia. Sugeruje, że jeszcze przed złożoną interakcją DNA i białek proste cząsteczki RNA działały zarówno jako „plan”, jak i „silnik” życia. Jednakże pozostała główna przeszkoda naukowa: w jaki sposób tak złożone, samoreplikujące się cząsteczki mogły spontanicznie powstać z chaotycznej „pierwotnej zupy” bez żadnej pomocy z zewnątrz?
Nowe badanie dostarczyło potencjalnej odpowiedzi poprzez odkrycie zaskakująco małej i prostej cząsteczki RNA zdolnej do wykonywania najbardziej złożonych etapów samoreplikacji.
Przełom: Poznaj QT45
Zespół naukowców pod kierownictwem Laboratorium Biologii Molekularnej Rady ds. Badań Medycznych (MRC) zidentyfikował specyficzną cząsteczkę RNA zwaną Całkiem Tiny 45 (QT45). W przeciwieństwie do masywnych, wytworzonych w laboratorium nici RNA stosowanych w poprzednich badaniach, QT45 jest na tyle mały i prosty, że jego powstanie we wczesnych warunkach ziemskich jest realistyczne.
QT45 to polimeraza rybozym, rodzaj RNA, który działa jak enzym. We współczesnej biologii enzymy (zwykle białka) działają jak katalizatory przyspieszające reakcje chemiczne. Jednakże QT45 pełni tę rolę wyłącznie przy użyciu RNA.
Jak to działa
Chociaż QT45 nie osiągnął jeszcze bezbłędnego, ciągłego cyklu samoreplikacji, opanował dwa krytyczne elementy procesu:
1. Kopiowanie matrycy: ma zdolność tworzenia „odbicia lustrzanego” (nici uzupełniającej).
2. Synteza: Może użyć tego lustrzanego odbicia jako szablonu do stworzenia nowej wersji oryginalnej cząsteczki.
Udowadniając, że te dwa odrębne etapy mogą być wykonane przez pojedynczą małą cząsteczkę, badacze wypełnili ogromną lukę w naszym rozumieniu tego, w jaki sposób biologiczne „instrukcje” mogą „pisać się” same.
Od przypadkowego chaosu do funkcjonalnego życia
Aby znaleźć QT45, naukowcy nie zbierali go od góry do dołu, ale patrzyli od dołu do góry. Stworzyli wyspecjalizowane, niezwykle zimne płynne środowiska zawierające bilion losowych krótkich sekwencji RNA.
W wyniku wielu rund testów zidentyfikowali bardzo specyficzną kombinację zdolną do łączenia elementów budulcowych RNA. Po zoptymalizowaniu QT45 wykazał niesamowitą zdolność: w ciągu 72 dni mógł dokonać syntezy, a nawet stworzyć inne szablony RNA o coraz większej złożoności.
„Odkrycie małego RNA sprawia, że znacznie bardziej prawdopodobny jest pogląd, że samoreplikujący się RNA powstał spontanicznie” – mówi biochemik Edoardo Gianni.
Dlaczego jest to ważne dla Wszechświata?
To odkrycie nie tylko wypełnia lukę w biologicznej historii Ziemi; zmienia sposób, w jaki patrzymy na astrobiologię.
Jeśli życie może powstać ze stosunkowo prostych, małych cząsteczek w wyniku spontanicznych procesów chemicznych, wówczas statystyczne prawdopodobieństwo pojawienia się życia w innych częściach Wszechświata znacznie wzrasta. Rozumiejąc dokładny „przepis”, który umożliwił RNA zapoczątkowanie życia na Ziemi, naukowcy będą mogli skuteczniej szukać podobnych sygnatur chemicznych na odległych księżycach i planetach.
Droga naprzód
To odkrycie nie jest ostatnim rozdziałem. Obecnie proces jest powolny i wytwarza stosunkowo niewielkie ilości substancji. Kolejny etap badań będzie skupiał się na:
– Zwiększenie szybkości procesu replikacji.
– Zwiększenie wydajności syntetyzowanego RNA.
– Zamykanie pętli w celu osiągnięcia w pełni autonomicznego, ciągłego cyklu replikacji bez interwencji człowieka.
Wniosek: odkrycie QT45 dostarcza istotnego dowodu słuszności hipotezy „świata RNA”, wykazując, że podstawowe elementy składowe życia mogą powstać w wyniku prostych reakcji chemicznych na małą skalę.
