Swiat RNA, Ewolucjonizm - kreacjonizm, Ewolucja
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
�WIAT RNAGrzegorz G�ralski1.XI.2002W niniejszym artykule poruszam problem powstania �ycia na Ziemi. Poruszam tutaj g��wnie hipoteze tzw. "�wiata RNA". Chc� jednak zaznaczy� �e hipoteza "�wiata RNA" jest jedn� z wielu istniej�cych cho� niew�tpliwie nale�y do tych kt�re dzisiaj maj� najwi�ksze znaczenie.Musz� na pocz�tku, aby unikn�� nieporozumie�, podkre�li� �e nie wiemy jak �ycie powsta�o i by� mo�e nigdy tego na pewno nie bedziemy wiedzie�. Szukanie jednak mo�liwych dr�g powstania i dalszej komplikacji �ycia jest jednak moim zdaniem fascynuj�cym zadaniem i nawet je�li jaka� hipoteza kt�ra �adnie wyja�ni nam jak mog�o powsta� �ycie na naszej planecie bedzie si� mija�a z rzeczywisto�ci�, by� mo�e bedzie prawdziwa dla innego �ycia, na innej planecie gdzie� tam w odleg�ej galaktyce... ;-)Generalnie powstanie i rozw�j �ycia na Ziemi mozna przedstawi� w trzech, g��wnych etapach:1. Ewolucja chemiczna, w wyniku kt�rej z prostych zwiazk�w powsta�y skomplikowane cz�steczki organiczne.2. Samoorganizacja powsta�ych zwi�zk�w organicznych w replikuj�ce si� struktury. Na tym etapie nastapilo przejscie z martwych kompleksow organicznych do pierwszych �yjacych organizm�w.3. Ewolucja biologiczna prowadz�ca w konsekwencji do dzisiejszego zr�nicowania �ycia.Jednym z g��wnych zagadek dotycz�cych pochodzenia �ycia na Ziemi jest powstanie pierwszego replikatora. Pod tym poj�ciem rozumiem struktur� zdoln� do samopowielania si� a tak�e do ewolucji drog� mutacji (czyli b��d�w w kopiowaniu si�) oraz doboru naturalnego. Dzisiaj takimi replikatorami s� przede wszystkim �ywe organizmy. Jednak nawet najprostsze kom�rki zdolne do autoreplikacji s� na tyle skomplikowanymi tworami �e ich przypadkowe powstanie od razu w zbli�onej do dzisiejszej formie jest zdecydowanie odrzucane przez wi�kszo�� badaczy.W dzisiejszych kom�rkach rol� no�nika informacji genetycznej pe�ni DNA. Zawiera on zapis sekwencji RNA kt�re jest tworzone na matrycy DNA dzi�ki zasadzie parowania si� zasad azotowych, a nast�pnie na podstawie nici mRNA tworzone s� bia�ka. Bia�ka w ka�dym znanym organizmie pe�ni� bardzo r�ne role, zapewniaj�ce prawid�owe funkcjonowanie kom�rki.Maj� one t� interesuj�c� w�a�ciwo�c �e dzi�ki praktycznie niesko�czonej liczbie kombinacji wyst�puj�cych w nich 20-stu r�nych aminokwas�w, mog� przyjmowa� bardzo r�n� budow� i pe�ni� bardzo r�zne funkcje. Dla naszych rozwa�a� najistotniejsze jest to �e mog� pe�ni� rol� enzymatyczn�, czyli katalizowa� przebieg najr�niejszych reakcji spo�r�d kt�rych niezwykle wa�n� jest replikacja DNA, dzi�ki czemu mo�liwe jest powielanie informacji genetycznej.Tak wi�c bia�ka powstaj� a podstawie DNA, a DNA powstaje dzi�ki bia�kom. W rozwa�aniach na temat pocz�tk�w �ycia na Ziemi nieuchronnie pojawia si� pytanie: co powsta�o najpierw w ewolucji, DNA czy bia�ka? Dylemat ten przypomina klasyczny problem kury i jajka. Wydawa�o si� bowiem �e bia�ka nie mog� si� "rozmna�ac" bez DNA a DNA nie mo�e by� powielane bez bia�ek, bowiem DNA nie wykazuje w�asno�ci enzymatycznych (co jak si� okaza�o p�niej do ko�ca nie jest prawd�) a z kolei nie bardzo wiadomo by�o jak bia�ko mog�oby pe�ni� rol� no�nika informacji genetycznej.Przy ca�ym tym zamieszaniu �atwo nie doceni� roli trzeciego rodzaju cz�steczek uczestnicz�cym w tym zamkni�tym cyklu zycia, mianowicie RNA. Uwag� na RNA zwr�ci�o przede wszystkim odkrycie �e tego typu cz�steczki nie tylko mog� pe�ni� rol� no�nika informacji genetycznej, co by�o oczywiste, ale r�wnie� ze wykazuj� opr�cz tego w�a�ciwo�ci enzymatyczne. To by�o to!Wreszcie znaleziono cz�steczke kt�ra pozwala�a wyj�� spoza zakl�tego kr�gu DNA-bia�ko-DNA-...Pierwszy rybozym (tak bowiem nazwano cz�steczki RNA wykazuj�ce aktywno�� enzymatyczn�) odkry� w 1981 r. Thomas Cech i wsp�pracownicy (co zosta�o zreszta uhonorowane nagrod� Nobla).Co ciekawe, ten pierwszy znaleziony rybozym przeprowadza� operacje na samym sobie, mianowicie fragment RNA wycina� sam siebie z d�u�szego fragmentu mRNA a nast�pnie l�czy� wolne ko�ce mRNA. Tak wi�c okaza�o si� �e RNA mo�e pe�ni� rol� enzymu, ale czy mo�e ewoluowa�?Inna seria doswiadcze�, kt�re przeprowadzano jeszcze przed odkryciami zespo�u Cecha, maj�cych istotne znaczenie dla naszego zrozumienia proces�w kt�re mog�y da� pocz�tek �yciu, byly do�wiadczenia nad tzw. "ewolucj� w pr�b�wce". Klasycznym przyk�adem tych do�wiadcze� s� eksperymenty z u�yciem Q� replikazy. Q� replikaza jest enzymem wyst�puj�cym w wirusie Q� infekuj�cym bakterie E. coli i ma t� interesuj�ca w�a�ciwo�� �e doskonale nadaje si� do kopiowania cz�steczek RNA in vitro (czyli "w prob�wce"), przy czym zale�nie od sekwencji nukleotyd�w w cz�steczce RNA kopiuje j� �atwiej lub trudniej.Je�li wi�c umie�cimy w pr�b�wce Q� (Q beta) replikaz�, cz�steczki RNA s�u��ce jako matryce do kopiowania, monomery buduj�ce RNA (ADP, GTP, UTP oraz CTP) oraz zapewnimy odpowiednie �rodowisko w roztworze (pH, st�enie soli itd.) enzym zacznie kopiowa� �a�cuchy RNA.Kopiowanie to jednak nie jest idealne, mniej wi�cej 1/10 000 nukleotyd�w/replikacj� pojawia si� b��d w kopiowaniu czyli po prostu mutacja. W praktyce do�wiadczenie wygl�da w ten spos�b �e w pr�b�wce umieszcza si� wszystkie potrzebne sk�adniki, po jakim� czasie pobiera si� z niej kropl� i wpuszcza j� do nast�pnej prob�wki zawiekraj�cej Q� replikaz� oraz monomery, po pewnym czasie zn�w si� pobiera kropl� itd...Jak wspomnia�em, jedne cz�steczki RNA s� kopiowane bardziej wydajnie od innych, na co ma wplyw dlugo�� �a�cucha oraz sekwencja nukleotyd�w. Mutacje mog� powodowa� zwi�kszenie wydajno�ci kopiowania danej cz�steczki lub te� spowodowa� �e b�dzie ona replikowana gorzej. Dochodzi w tej sytuacji do swego rodzaju wsp�zawodnictwa mi�dzy cz�steczkami czyli doboru.Tak wi�c mamy tu do czynienia z istnieniem podstawowych mechanizm�w ewolucji czyli zmienno�ci genetycznej, mutacji pozwalaj�cych na pojawianie si� nowych sekwencji oraz doboru. Mo�na si� wi�c spodziewa� i� w tym uk�adzie zaobserwujemy ewolucj� na poziomie cz�steczkowym.Rzeczywi�cie, je�li na pocz�tku do roztworu zawieraj�cego Q� replikaz� oraz monomery doda si� jakis typ RNA, obserwuje sie w trakcie do�wiadczenia zwi�kszanie r�norodno�ci cz�steczek a potem jej zmniejszanie i w ko�cu otrzymuje sie populacje cz�steczek RNA o bardzo zbli�onej budowie replikuj�cych si� z maksymaln� w danych warunkach wydajno�ci� (czyli cz�steczki najlepiej dostosowane do tych warunk�w). Co ciekawe, je�li do roztworu w kt�rym przebiega reakcja doda si� jakiego� zwi�zku kt�ry hamuje proces replikacji to replikacja na jaki� czas mocno zwalnia ale po jakim� czasie pojawiaj� si� w roztworze cz�steczki RNA o takiej budowie, �e si� skutecznie replikuj� w zmienionych warunkach.Tak wi�c w zale�no�ci od "niszy ekologicznej" do kt�rej dostosowuje sie RNA, ewolucja tych cz�steczek przebiega w r�nych kierunkach. Podobne warunki zwykle prowadz� do wytworzenia podobnych produkt�w tej selekcji.Co ciekawe, jako jeden z produkt�w tych do�wiadcze� otrzymano odcinek RNA kt�ry jest bardzo podobny do struktury znajdowanej w zainfekowanych E. coli. W warunkach naturalnych jest on jakby "superpaso�ytem" w��czaj�cym sie do genomu wirusa Q�. Tak wi�c in vitro, drog� �lepych mutacji i doboru otrzymali�my struktur� RNA wystepuj�c�a w naturze, a przynajmniej bardzo do niej podobn�.Interesuj�ce by�o r�wnie� spostrze�enie �e w roztworze do kt�rego nie dodano na pocz�tku �adnej cz�steczki RNA, po jakim� czasie r�wnie� pojawia�o si� RNA i nast�pnie ewoluowa�o. Wygl�da wi�c na to �e Q� replikaza mo�e zsytetyzowa� RNA r�wnie� bez udzia�u matrycy.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]