Teoria świata: co było pierwsze RNA czy DNA?

Autorka: Monika Lamparska-Przybysz, Kierownik ds. Współpracy Nauka – Biznes

Świat RNA to hipoteza opisująca powstanie życia na Ziemi, w której pierwszą cząsteczką biotyczną zdolną do samo-replikacji był RNA. Powstanie zasad nukleotydowych budujących RNA – uracylu, adeniny, guanozyny i cytozyny – miało nastąpić z prebiotycznych prekursorów obecnych w ówczesnej atmosferze ziemskiej lub przybyłych wraz z odwiedzającymi Ziemię kometami. Szczegóły powstania zasad purynowych tworzących RNA – adenozyny i guanozyny – pozostawały dotąd niejasne. Hipoteza świata RNA sugeruje, że życie na Ziemi zaczęło się w „pierwotnej zupie” od prostej cząsteczki RNA, która mogła się sama replikować bez pomocy innych cząsteczek.

Zgodnie z teorią świata RNA, pierwsze cząsteczki RNA powstały ze swobodnie pływających nukleotydów, które pojawiły się w pierwotnej zupie cząsteczek. Nukleotydy połączyły się ze sobą, tworząc nici RNA, które nie były zbyt stabilne i szybko ulegały degradacji. Ale niektóre z nich były bardziej stabilne niż inne; te RNA rosły dłużej i szybciej wiązały nukleotydy. W końcu, nici RNA rosły szybciej, niż się rozpadały – a to był kamień milowy. Przez miliony lat te RNA namnażały się i ewoluowały, tworząc szereg „maszyn” RNA, które są podstawą życia, jakie znamy dzisiaj. Aby jednak cząsteczki RNA mogły się powstawać, potrzebowały dużej ilości nukleotydów. Naukowcy uważają, że RNA budujące nukleotydy wyewoluowały, by dostarczyć tych bloków budulcowych RNA.

Źródło: Bill sanderson / Science photo library

RNA to coś więcej

Do niedawna RNA uważano za niewiele więcej niż przekaźnik między DNA a białkami, niosący instrukcje w postaci informacyjnego RNA (mRNA) do budowy białek. Jednak RNA może znacznie więcej. Może napędzać reakcje chemiczne, podobnie jak białka, i przenosi informacje genetyczne, takie jak DNA. A ponieważ RNA może pełnić obie te funkcje, większość naukowców uważa, że życie takie, jakie znamy, zaczęło się w świecie RNA, bez DNA i białek.

Wszystkie żywe stworzenia rozmnażają się. Kopiują swoją informację genetyczną i przekazują ją swojemu potomstwu. Aby RNA rozpoczęły krąg życia, musiały się również rozmnażać. Dlatego też naukowcy uważają, że świat RNA rozpoczął się, gdy pojawił się RNA, który mógł tworzyć kopie samego siebie. Kiedy to się stało, pojawiły się nowe samokopiujące się RNA. Niektóre cząsteczki były lepsze w kopiowaniu siebie niż inne. Cząsteczki RNA rywalizowały ze sobą, a ta, która odniosła największy sukces, wygrywała. Przez miliony lat te RNA namnażały się i ewoluowały, tworząc szereg „maszyn” RNA.

Hipoteza świata RNA zakłada , że na pewnym etapie ewoluowały DNA i białka. Białka zaczęły uruchamiać reakcje chemiczne w komórkach, a DNA – które jest bardziej stabilne niż RNA – przejęło zadanie przechowywania informacji genetycznej.

Źródło: e-biotechnologia.pl

Dwa nośniki informacji 

Jednakże najnowsze badania międzynarodowego zespołu badaczy pod kierunkiem prof. Johna Sutherlanda (obecnie MRC Laboratory for Molecular Biology w Cambridge) opisane w  Nature rzucają nowe światło na tę kwestię i proponują alternatywny scenariusz. Kluczowym wnioskiem płynącym z ich wyników jest sugestia, iż RNA i DNA mogły powstać w tym samym okresie rozwoju naszej planety. Zatem pierwszy polimer informacyjny mógł być hybrydą łączącą cegiełki obu tych kwasów nukleinowych. Autorzy sugerują, że podział na podsystemy DNA i RNA mógł nastąpić na etapie ewolucji pierwszym organizmów komórkowych. To niezwykle proste wyjaśnienie dlaczego biologia wybrała właśnie te dwa nośniki informacji genetycznej jest bardzo atrakcyjną alternatywą dla hipotezy świata RNA. Jest to kolejny krok, który zbliża nas do zrozumienia tego jak powstało życie na Ziemi.