W jaki sposób powstało życie? Co dało mu początek? Kim był tzw. „Pierwotny Przodek Darwinowski”? Naukowcy z Małopolskiego Centrum Biotechnologii Uniwersytetu Jagiellońskiego właśnie doszli do pewnych znaczących hipotez, które mogą umożliwić znalezienie odpowiedzi na powyższe pytania.

Z biologicznego punktu widzenia życie oparte jest na budowie komórkowej i pojawiło się na Ziemi ponad 3 miliardy lat temu. Złożone organizmy, takie jak Homo sapiens, stworzone są z trylionów komórek, jednak do powstania najprostszej formy życia wystarczy tylko jedna jej sztuka. To, w jaki sposób ewoluuje, czy też rozwija się życie, generalnie można zamknąć w prostym cyklu przyczynowo skutkowym: nowe formy, czyli „dzieci”, powstają z tych już istniejących, czyli z „rodziców”. Biorąc jednak pod uwagę fakt, że cykl ten musiał mieć kiedyś swój początek, ta pierwsza, najbardziej pierwotna forma życia (tzw. „Pierwotny Przodek Darwinowski”, z ang. "Initial Darwinian Ancesor" [IDA]), nie mogła posiadać „rodziców”. Należałoby więc przyjąć, że była to pierwsza samopowielająca się istota, która stanowiła swego rodzaju punkt startowy dla całego przyszłego życia na Ziemi. 

IDA musiał więc powstać spontanicznie w wyniku bliżej nieokreślonej reakcji chemicznej. Aby jednak w ogóle było to możliwe, nie mógł być on żadnym złożonym związkiem – w przeciwnym razie, prawdopodobieństwo jego powstania (czy też syntezy), które de facto musiało nastąpić losowo, byłoby zbyt nikłe i być może nigdy by do niego nie doszło. Wynika to z prostego faktu – gdyby cząsteczka, która powstała z danej reakcji chemicznej była zbyt złożona, wówczas możliwość aranżacji atomów wchodzących w jej skład byłaby bardzo duża. A biorąc pod uwagę to, że w całej takiej roszadzie tylko jedna konfiguracja daje możliwość dalszych działań, prawdopodobieństwo jej wystąpienia byłoby znikome i życie nie mogłoby dalej się rozwinąć. To, co już możemy przypuszczać, to fakt, że IDA nie był pojedynczą komórką, gdyż nawet ta jest skomplikowaną samoreplikującą się maszyną z setkami tysięcy odrębnych biologicznych „fabryk”, zbyt złożonych, aby mogły powstać, ot tak, spontanicznie.

Na początku była nić?

Biorąc pod uwagę powyższe, powstaje więc pytanie, jaką właściwie naturę miała pierwsza forma życia na Ziemi? Cóż, obecnie najbardziej atrakcyjną tezą wydaje się być stwierdzenie, że IDA był nicią kwasu rybonukleinowego (RNA) – bliskiego kuzyna DNA. Zasadnicze różnice pomiędzy RNA a DNA sprawiają, że ta pierwsza jest dużo bardziej „dynamiczną” cząsteczką: może przyspieszać szybkość zachodzących reakcji chemicznych (co jest użyteczne do budowania własnych kopii – coś, z czym DNA radzi sobie dość kiepsko) oraz przenosić jakąś informację (co jest przydatne do zapisywania instrukcji mówiących o tym, w jaki sposób je budować). W całej tej teorii jest jednak jeden problem – najnowsze dane sugerują, że zdolna do samopowielania się nić RNA prawdopodobnie byłaby jednak zbyt długa, aby móc spontanicznie się budować. Co więcej, mechanizm ten nie odzwierciedla tych samoreplikujących się mechanizmów, które obserwujemy dzisiaj – składają się one bowiem z dwóch komponentów – kwasu rybonukleinowego i białka.

Para doskonała?

Nowe odkrycia niedawno opublikowane przez Jonathana Heddle'a, kierownika Laboratorium Bionanonauki i Biochemii (Heddle Laboratory) Małopolskego Centrum Biotechnologii UJ (we współpracy z Bernardem Piette z Wydziału Nauk Matematycznych Durham University) wydają się przeważać szalę na korzyść tezy, mówiącej o tym, że w rzeczy samej IDA był dwuskładnikowym „tworem”, zbudowanym z krótkiej nici RNA i niewielkiego białka. W ten sposób, kwas rybonukleinowy mógł być nośnikiem informacji mówiącej o tym, w jaki sposób zbudować białko z prostych cząsteczek, a ono samo było zdolne do tworzenia kopii nici RNA. Taka konfiguracja sprawia, że para ta zachowywałaby się właśnie jak dwuskładnikowy system samopowielający się.

Wyżej postawiona teza wydaje się być bardzo „zgrabna” – z jednej strony podtrzymuje ona podział funkcji RNA i białka, które obserwujemy dzisiaj w komórkach, z drugiej – obie te jednostki są na tyle mało złożone, że mogłyby bez większego problemu spontanicznie rozpocząć „współpracę” w trakcie wczesnych faz powstawania Ziemi.

Naukowcy z MCB mają nadzieję na to, że ich teza będzie stymulować dalsze badania innych jednostek badawczych oraz ostatecznie doprowadzi do doświadczalnego wykazania prawdziwości teorii o dwuskładnikowym systemie IDA, który może stanowić klucz do głębszego zrozumienia najbardziej odległych kwestii związanych z początkiem życia na Ziemi.

Publikacja naukowców z MCB znajduje się tutaj: https://doi.org/10.1016/j.tree.2020.01.001