RNA-maailma sai vahvistusta

On selvää, ettei elämä ole voinut syntyä kerralla niin monimutkaisena kuin sen nykyisin tunnemme. Erityisesti elämän keskeisin informaatiojärjestelmä on liian kompleksinen syntyäkseen pelkän kemiallisen evoluution tuloksena. Niinpä yksi mielenkiintoisimmista eliökunnan evoluutioon liittyvistä kysymyksistä on se, minkälaista elämä oli ennen nykyisin tuntemamme elämänmuodon syntymistä.

Biologian oppitunneilla olemme kaikki oppineet, että eliöiden rakentumista ohjaavat geenit  ovat kemiallisesti DNA:ta, jonka emäsjärjestykseen säilötty informaatio käännetään solussa RNA:ksi. Se toimii välittäjämolekyylinä, jonka rakenteeseen perustuvan informaatio ohjaa ribosomeilla aminohappoketjujen valmistusta. Ne puolestaan laskostuvat edelleen proteiineiksi, jotka voivat olla esimerkiksi solun rakennusyksiköitä tai entsyymejä. Jälkimmäiset sitten ovat niitä "työkaluja", joiden varassa solujen elintoiminnot tapahtuvat.

Edellä kuvattu geneettisen informaation keskusdogmi tuli yleisesti hyväksytyksi viimeistään 1960-luvulla, kun DNA:n emäsjärjestyksestä opittiin päättelemään vastaavan proteiin aminohappojärjestys. Tämä käsitys sai kuitenkin melko pian ensimmäisen kolhunsa, kun myöhemmin Nobelin palkinnon saanut Thomas Cech havaitsi ensimmäiset niin sanotut ribotsyymit.

Ribotsyymit ovat entsyymejä, mutta toisin kuin suurin osa muista entsyymeistä, ne koostuvat RNA:sta. Niiden valmistaminen on siis informaatiovirran kannalta yhden askeleen lyhyempi prosessi kuin proteiineista rakentuvien entsyymien.

Informaatiovirran kannalta merkittävää on myös se, että joidenkin virusten geenejä ei ole säilötty DNA:n rakenteeseen, vaan ne ovat RNA:ta. Siinä mielessä näiden virusten informaatiovirran pituus on lyhentynyt toisesta päästään, koska DNA:n kääntämistä RNA:ksi ei tarvita.

Alexander Rich vuonna 1962 ja hänestä riippumatta Francis Crick, Leslie Orgel ja Carl Woese vuonna 1967 ehdottivat, että nykyisiä elämänmuotoja olisivat edeltäneet RNA:n pohjalle rakentuvat eliöt. Tämä olisi elämän syntymisen kannalta edullista, sillä mikäli sama molekyyli voisi toimia sekä infomaatiovarastona että entsyyminä, olisi informaatiovirran kulku varsin yksinkertainen.

Ajatus nykyistä elämää edeltävästä RNA-pohjaisesta elämästä vahvistui pikku hiljaa RNA:n monipuolisia ominaisuuksia osoittavien lukuisten havaintojen perusteella. Niinpä tiedemaailma ryhtyi viimeistään 1980-luvulla pitämään todennäköisenä sitä, että nykyistä DNA:n, RNA:n ja proteiinien yhteistoimintaan perustuvaa eliökuntaa olisi edeltänyt pelkästään RNA:n ominaisuuksiin perustuva elämä. Siis maailma, jossa sekä geenit että enstyymit olisivat olleet kemiallisesti RNA-molekyylejä.

RNA-maailma-hypoteesin vahvistuminen oli ripeää koska eliökunnasta löytyi yhä uusia mitä erilaisimpia biokemiallisia reaktioita katalysoimaan pystyviä ribosomeja. Yksi suuri puute RNA-maailman todisterepertuaarissa kuitenkin oli. Mistään ei nimittäin löytynyt ribotsyymiä, joka olisi pystynyt kopioimaan RNA-molekyylejä. Eikä RNA:han perustuva elämä voi tietenkään olla mahdollista ilman RNA:ta kopioivaa entsyymiä.

Tämä puute alkoi purkaantua vuonna 2001 kun amerikkalainen tutkija Wendy Johnston kumppaneineen onnistui löytämään kymmenen tuhannen biljoonan RNA-molekyylin joukosta sellaisen molekyylin, joka pystyi kopioimaan 14 nukleotidin pituisen RNA:n. Se nimettiin R18 RNA-polymeraasiksi.

R18 RNA-polymeraasi ei tietenkään pystynyt kopioimaan kokonaista ribotsyymiä; sehän oli itsekin 189 nukleotidin pituinen, eli yli kymmenen kertaa pidempi kuin sellaiset molekyylit, joita se pystyi kopioimaan. Merkittävää sen löytymisessä kuitenkin oli se, että R18 RNA-polymeraasi osoitti RNA:n kopioimisen ylipäänsä mahdolliseksi RNA-entsyymille.

RNA-maailma on tänä vuonna saanut lisävahvistusta uuden RNA:ta kopioivan entsyymin muodossa. Tällä kertaa havainnon tehnyt Aniela Wochner ja kumppanit Cambridgesta lähtivät liikkeelle R18 RNA-polymeraasista ja erityisen valintamekanismin kautta löysivät uuden RNA-polymeraasin, jonka he nimesivät tC19Z:ksi. Se pystyi kopioimaan jopa 95 nukleotidin pituisen RNA-molekyylin. Pituus ei vielä vastaa RNA-polymeraasia, mutta kylläkin joitain muita RNA-entsyymejä.

Kun huomioidaan, että teoriassa tC19Z RNA-polymeraasin pituisia RNA-molekyylejä voi olla noin 10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 kappaletta (tulikohan oikea määrä nollia, pitäisi olla 114), joista vain hävivän pienen osan entsymaattiset aktiivisuudet on testattu; ja että niiden lisäksi voi olla sekä pidempiä että lyhyempiä RNA-molekyylejä, on melkein varmasti löydettävissä moniakin sellaisia RNA-molekyylejä, joiden kyvyt RNA:n kahdentamisessa ylittävät merkittävästi tC19Z RNA-polymeraasin kyvyt. Niiden joukossa oletetaan olleen senkin RNA-polymeraasin, joka aikanaan RNA-maailmassa vastasi RNA:n kopioinnista, eli RNA-eliöiden lisääntymisestä

Wochnerin tutkimustyön tulosta voidaan siis pitää vahvana todisteena RNA-maailman puolesta. Ainakin se osoittaa, että RNA-molekyyli pystyy kopioimaan pitkiä RNA-molekyylejä, eikä RNA-maailman olemassaololle ole ainakaan RNA-pohjaisten entsyymien teoreettisten mahdollisuuksien puolesta esteitä. Suoraa todistettahan RNA-maailmasta tuskin koskaan saadaan, sillä siinä mahdollisesti eläneet eliöt ovat epäilemättä olleet mikroskooppisen pieniä, eikä niistä kenties jääneistä fossiileista voida enää päätellä minkälaiseen biokemiaan niiden elintoiminnot ovat perustuneet.

Aiempia ajatuksia samasta aihepiiristä:
Monisoluisuuden evoluution yksinkertaisuudesta
HIV, matkailu ja nuhakuume
Onko ihmisen evoluutio pysähtynyt?