Jedno od pitanja koje nauka još nije u potpunosti razrešila jeste:Kako je život nastao iz nežive materije.Taj razvoj naziva se abiogeneza, a jedna od glavnih pretpostavkije da je svet pre ćelija, DNK (dezoksiribonukleinska kiselina) i Darvinove evolucije bio „svet RNK (ribonukleinska kiselina)”, u kojem su se jednostavniji nizovi molekula mogli umnožiti, prolaziti kroz selekciju i razvijati u složenije molekule.
U novom istraživanju, objavljenom u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), naučnici su potvrdili ovu hipotezu tako što su stvorili delove RNK koji su se mogli dovoljno tačno replikovati da bi mogli prolaziti kroz evoluciju sličnu evoluciji živih organizama i stvarati svoje naprednije verzije. Zanimljivo istaknuti da je krajem februara u časopisu Chem objavljeno drugo otkriće važno za razumevanje nastanka prvih živih organizama.
Naime, istraživači su objasnili kako su mehurići masti mogli formirati membrane prvih ćelija. Ključni deo tog otkrića, do kojeg je došao tim iz Istraživačkog instituta Skrips u Kaliforniji, jeste da se hemijski proces nazvan fosforilacija možda dogodio ranije nego što se mislilo. Tim je utvrdio da grupe atoma, koje uključuju fosfor, sferičnim balonima masnoća (nazivaju se protoćelijama) donose dodatne funkcije i pretvaraju ih u naprednije verzije, što mogu biti svestranije, stabilnije i hemijski aktivnije, a ovo je važno za nastanak prvih živih ćelija.
Čarls Darvin opisao je evoluciju kao „nasleđe s modifikacijama”. Genetske informacije sadržane u delovima DNK kopiraju se i prenose s jedne generacije na drugu. No to se zbiva s određenom fleksibilnošću koja omogućuje da se povremeno pojave male promene u genima koje će omogućiti da se u populaciji živih bića pojave nove osobine. Te osobine potom prolaze kroz selektivni pritisak u okolini tako da preživljavaju i zadržavaju se one koje su korisne, a organizmima daju evolucijsku prednost. S njima preživljavaju i prenose se geni nosioci tih osobina.
Naučnici danas mogu koristiti DNK da prate poviest evolucije unazad, od savremenih biljaka i životinja do najranijih jednoćelijskih organizama. Dvolančane spirale DNK vrlo su pogodne za čuvanjeu, čitanje i umnožanje genetskih informacija. Mnogi geni naposletku kodiraju proteine, složene molekularne mašine koji obavljaju razne funkcije za održavanje ćelija u životu. Nameće se pitanje kako je sve to počelo? Da li se neka evolucija, slična evoluciji organizama sa ćelijama, DNK i proteinima, mogla ranije odvijati na jednostavnijem nivou? Kasnih šezdesetih prošlog veka britanski hemičar Lesli Ordžel pretpostavio je da se život temeljio na RNK pre nego na DNK ili proteinima. Zamisao je uključivala gene utemeljene na RNK i RNK enzimima. Kasnije se ona razvila u danas široko prihvaćenu hipotezu o „svetu RNK”.
Novo istraživanje sprovedeno u Institutu Salk predstavilo je nove uverljive dokaze koji podupiru tu pretpostavku. Naime, pokazalo je da postoji RNK enzim koji može napraviti tačne kopije drugih funkcionalnih RNK lanaca i istovremeno omogućiti povremenu pojavu novih varijanti RNK, što je važan preduvjet za evoluciju. Ove izvanredne sposobnosti ukazuju da su se najraniji oblici evolucije mogli dogoditi na molekularnoj ravni u RNK. Rezultati najnovijeg istraživanja približavaju nas korak bliže razumevanju nastanka života, ali i mogućnosti njegovog ponovnog stvaranja u laboratoriji. Naime, modeliranjem primitivnih okruženja kakva su mogla vladati u dalekoj prošlosti, naučnici mogu neposredno testirati hipoteze o tome kako je život mogao nastati na Zemlji i eventualno na drugim planetama.
„Mi tragamo za osvitom evolucije”, komentarisao je za Phys.org jedan od autora studije, predsednik Salka Džerald Džojs. „Otkrivajući nove mogućnosti RNK, otkrivamo potencijalno poreklo samog života i kako su jednostavni molekule mogli popločati put složenosti i raznolkosti života kakav danas vidimo.”
Pretpostavka „svet RNK” ima temelje u činjenici da su ti molekuli vrlo otporne i da imaju sposobnost obavljanja dve funkcije ključne za prekursore života – da se replikuju kao što to može DNK i, takođe, da deluju kao enzimi koji pospešuju razne reakcije i ponašaju se slično proteinima. Naučnici desetlećima proučavaju hipotezu „RNK sveta”, s posebnim fokusom na ribozome RNK polimeraze, molekule RNK koji mogu raditi kopije drugih nizova RNK. Džojs i saradnici već desetak godina osmišljavaju ribozime RNK polimeraze. Pritom koriste oblik usmerene evolucije koji omogućuje stvaranje novih verzija RNK sposobnih za umnožanje većih molekula.
No, teškoća je u tome što su dosad u tom procesu uglavnom nastajali molekula sa ozbiljnim greškama koje nisu bile sposobne da kopiraju sekvence s dovoljno visokom tačnošću. Tokom mnoštva generacija u sekvencama bi se nakupilo toliko grešaka da nastali RNK lanci više nisu nalikovali izvornoj sekvenci, a usto su potpuno izgubili svoje funkcije. Međutim, u najnovijem istraživanju u laboratoriji su uspeli da stvore ribozim RNK polimeraze s brojim mutacijama koje su mu omogućile da kopira lanac RNK s velikom preciznošću.
Taj lanac koji se kopira nazvan je „glavom čekića”. To je mali molekul koja cepa druge molekule RNK na delove. Istraživači su bili iznenađeni kada su otkrili da je novi ribozim RNK polimeraze dovoljno tačno replikovao funkcionalne glave čekića da ne završi u slepoj ulici, a pritom je omogućio da se s vremenom pojavljuju nove, uspešnije varijacije „glava čekića”. Te nove varijante ponašale su se slično, no mutacije su ih vremenom učinile lakšima za umnožavanje, što im je povećalo evolucionu sposobnost i dovelo do toga da konačno dominiraju populacijom molekula čekića u laboratoriji. Pogledajte video: https://www.youtube.com/watch?v=FJovOoy7ez8.
(Dijagrami raspršenosti prikazuju evoluirajuću populaciju ,glava čekića kroz više ciklusa evolucije., Glave čekićaʼ kopirane polimerazom niže vjernosti (52-2) odmiču od izvorne sekvence RNK (bele konture) i gube svoju funkciju. ,Glave čekićaʼ kopirane novom polimerazom veće vernosti (71-89) zadržavaju funkciju, s novim funkcionalnim sekvencama koje se pojavljuju tokom vremena. (Institut Salk)
„Dugo smo se pitali koliko je život bio jednostavan na početku i kada je stekao sposobnost da se počne poboljšavati”, izjavio je prvi autor naučnog članka Nikolaos Papastavrou, naučni saradnik u Džojsovoj laboratoriji. „Ova studija ukazuje da je zora evolucije mogla biti vrlo rana i vrlo jednostavna. Nešto na nivou pojedinačnih molekula moglo je održati Darvinovu evoluciju, a to je možda bila iskra koja je omogućila da život postane složeniji, idući od molekula, preko čelija, do višećelijskih organizama.”
Rezultati istraživanja pokazali su da je važno da u replikaciji postoji određen nivo vernosti da bi evolucija bila moguća. Tačnost kopiranja RNK polimeraze mora premašiti neki kritični prag da bi se nasledne informacije zadržale tokom više generacija, a taj je prag morao da raste uporedo s povećanjem veličine i složenosti u razvoju lanaca RNK. Drugim rečima, bilo je potrebno da se poećava preciznost. Džojsov tim nastoji da u laboratoriji iznova stvori proces evolucije RNK, primenjujući sve veći selektivni pritisak s ciljemda dobije polimeraze s boljim učinkom.
(Ilustracija Shutterstock)
(Indeks)
