Једно од питања које наука још није у потпуности разрешила јесте: Како је живот настао из неживе материје. Тај развој назива се абиогенеза, а једна од главних претпоставки је да је свет пре ћелија, ДНК (дезоксирибонуклеинска киселина) и Дарвинове еволуције био „свет РНК (рибонуклеинска киселина)”, у којем су се једноставнији низови молекула могли умножити, пролазити кроз селекцију и развијати у сложеније молекуле.
У новом истраживању, објављеном у часопису Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), научници су потврдили ову хипотезу тако што су створили делове РНК који су се могли довољно тачно репликовати да би могли пролазити кроз еволуцију сличну еволуцији живих организама и стварати своје напредније верзије. Занимљиво истакнути да је крајем фебруара у часопису Chem објављено друго откриће важно за разумевање настанка првих живих организама.
Наиме, истраживачи су објаснили како су мехурићи масти могли формирати мембране првих ћелија. Kључни део тог открића, до којег је дошао тим из Истраживачког института Скрипс у Kалифорнији, јесте да се хемијски процес назван фосфорилација можда догодио раније него што се мислило. Тим је утврдио да групе атома, које укључују фосфор, сферичним балонима масноћа (називају се протоћелијама) доносе додатне функције и претварају их у напредније верзије, што могу бити свестраније, стабилније и хемијски активније, а ово је важно за настанак првих живих ћелија.
Чарлс Дарвин описао је еволуцију као „наслеђе с модификацијама”. Генетске информације садржане у деловима ДНК копирају се и преносе с једне генерације на другу. Но то се збива с одређеном флексибилношћу која омогућује да се повремено појаве мале промене у генима које ће омогућити да се у популацији живих бића појаве нове особине. Те особине потом пролазе кроз селективни притисак у околини тако да преживљавају и задржавају се оне које су корисне, а организмима дају еволуцијску предност. С њима преживљавају и преносе се гени носиоци тих особина.
Научници данас могу користити ДНК да прате повиест еволуције уназад, од савремених биљака и животиња до најранијих једноћелијских организама. Дволанчане спирале ДНК врло су погодне за чувањеу, читање и умножање генетских информација. Многи гени напослетку кодирају протеине, сложене молекуларне машине који обављају разне функције за одржавање ћелија у животу. Намеће се питање како је све то почело? Да ли се нека еволуција, слична еволуцији организама са ћелијама, ДНК и протеинима, могла раније одвијати на једноставнијем нивоу? Касних шездесетих прошлог века британски хемичар Лесли Орџел претпоставио је да се живот темељио на РНК пре него на ДНК или протеинима. Замисао је укључивала гене утемељене на РНК и РНК ензимима. Касније се она развила у данас широко прихваћену хипотезу о „свету РНК”.
Ново истраживање спроведено у Институту Салк представило је нове уверљиве доказе који подупиру ту претпоставку. Наиме, показало је да постоји РНК ензим који може направити тачне копије других функционалних РНК ланаца и истовремено омогућити повремену појаву нових варијанти РНК, што је важан предувјет за еволуцију. Ове изванредне способности указују да су се најранији облици еволуције могли догодити на молекуларној равни у РНК. Резултати најновијег истраживања приближавају нас корак ближе разумевању настанка живота, али и могућности његовог поновног стварања у лабораторији. Наиме, моделирањем примитивних окружења каква су могла владати у далекој прошлости, научници могу непосредно тестирати хипотезе о томе како је живот могао настати на Земљи и евентуално на другим планетама.
„Ми трагамо за освитом еволуције”, коментарисао је за Phys.org један од аутора студије, председник Салка Џералд Џојс. „Откривајући нове могућности РНК, откривамо потенцијално порекло самог живота и како су једноставни молекуле могли поплочати пут сложености и разнолкости живота какав данас видимо.”
Претпоставка „свет РНК” има темеље у чињеници да су ти молекули врло отпорне и да имају способност обављања две функције кључне за прекурсоре живота – да се репликују као што то може ДНК и, такође, да делују као ензими који поспешују разне реакције и понашају се слично протеинима. Научници десетлећима проучавају хипотезу „РНК света”, с посебним фокусом на рибозоме РНК полимеразе, молекуле РНК који могу радити копије других низова РНК. Џојс и сарадници већ десетак година осмишљавају рибозиме РНК полимеразе. Притом користе облик усмерене еволуције који омогућује стварање нових верзија РНК способних за умножање већих молекула.
Но, тешкоћа је у томе што су досад у том процесу углавном настајали молекула са озбиљним грешкама које нису биле способне да копирају секвенце с довољно високом тачношћу. Током мноштва генерација у секвенцама би се накупило толико грешака да настали РНК ланци више нису наликовали изворној секвенци, а усто су потпуно изгубили своје функције. Међутим, у најновијем истраживању у лабораторији су успели да створе рибозим РНК полимеразе с бројим мутацијама које су му омогућиле да копира ланац РНК с великом прецизношћу.
Тај ланац који се копира назван је „главом чекића”. То је мали молекул која цепа друге молекуле РНК на делове. Истраживачи су били изненађени када су открили да је нови рибозим РНК полимеразе довољно тачно репликовао функционалне главе чекића да не заврши у слепој улици, а притом је омогућио да се с временом појављују нове, успешније варијације „глава чекића”. Те нове варијанте понашале су се слично, но мутације су их временом учиниле лакшима за умножавање, што им је повећало еволуциону способност и довело до тога да коначно доминирају популацијом молекула чекића у лабораторији. Погледајте видео: https://www.youtube.com/watch?v=FJovOoy7ez8.
(Дијаграми распршености приказују еволуирајућу популацију ,глава чекића кроз више циклуса еволуције., Главе чекићаʼ копиране полимеразом ниже вјерности (52-2) одмичу од изворне секвенце РНК (беле контуре) и губе своју функцију. ,Главе чекићаʼ копиране новом полимеразом веће верности (71-89) задржавају функцију, с новим функционалним секвенцама које се појављују током времена. (Институт Салк)
„Дуго смо се питали колико је живот био једноставан на почетку и када је стекао способност да се почне побољшавати”, изјавио је први аутор научног чланка Николаос Папаставроу, научни сарадник у Џојсовој лабораторији. „Ова студија указује да је зора еволуције могла бити врло рана и врло једноставна. Нешто на нивоу појединачних молекула могло је одржати Дарвинову еволуцију, а то је можда била искра која је омогућила да живот постане сложенији, идући од молекула, преко челија, до вишећелијских организама.”
Резултати истраживања показали су да је важно да у репликацији постоји одређен ниво верности да би еволуција била могућа. Тачност копирања РНК полимеразе мора премашити неки критични праг да би се наследне информације задржале током више генерација, а тај је праг морао да расте упоредо с повећањем величине и сложености у развоју ланаца РНК. Другим речима, било је потребно да се поећава прецизност. Џојсов тим настоји да у лабораторији изнова створи процес еволуције РНК, примењујући све већи селективни притисак с циљемда добије полимеразе с бољим учинком.
(Илустрација Shutterstock)
(Индекс)
