Jałowy świat RNA – pochodzenie życia nadal pozostaje zagadką

Evolution News

2020-05-20
Jałowy świat RNA – pochodzenie życia nadal pozostaje zagadką

Charles Thaxton, Walter Bradley i Roger Olsen właśnie opublikowali książkę The Mystery of Life’s Origin: The Continuing Controversy1 [Zagadka pochodzenia życia. Nieustająca kontrowersja], rozszerzoną i poprawioną wersję edycji z 1984 roku, która wywarła głęboki wpływ na ruch inteligentnego projektu. Tegoroczne wydanie zawiera historyczne wprowadzenie napisane przez Davida Klinghoffera oraz nowe rozdziały pióra Jamesa Toura, Guillerma Gonzaleza, Stephena Meyera, Briana MilleraJonathana Wellsa.

Pierwsza wersja książki okazała się zasobnym źródłem pomysłów, wywierając wpływ na twórczość Meyera, Williama Dembskiego, Michaela Behe’ego, Paula Nelsona i innych czołowych zwolenników teorii inteligentnego projektu (ID – intelligent design). Tymczasem materialistyczne hipotezy pochodzenia życia wciąż pozostają jałowe. Przykładem niech będzie ta o mitycznym świecie RNA.

Świat nieożywionych cząsteczek, oddziałujących na siebie w sposób zupełnie losowy i zmierzających donikąd – oto właśnie świat RNA. To niezamieszkane, niegościnne miejsce, gdzie nadzieje na przypadkowe powstanie życia umierają na zawsze. W małych, ciepłych zbiornikach mogłyby znajdować się liczne cząsteczki RNA, nie przyniosłoby to jednak żadnego znaczącego efektu.

 

Dwa znaczenia słowa „jałowy”

Termin „jałowy” znaczy „pozbawiony drobnoustrojów lub mikroorganizmów”. Może także oznaczać „niezdolny do wydawania potomstwa” lub „niewydający potomstwa”. Czy jednak granica między byciem płodnym a bezpłodnym nie jest rozmyta? Kwestia ta wymaga wyjaśnienia. Niektóre hybrydy, na przykład muł, są bezpłodne, lecz doświadczają wszystkich aspektów życia związanych z metabolizmem i zdolnością przemieszczania się. Badania pochodzenia życia sprowadzają się do podstaw. Dotyczą one przejścia od nieożywionej chemii do pierwszych „drobnoustrojów lub mikroorganizmów”.

Wyobraźmy sobie świat, w którym wirusy stanowiłyby jedyne złożone jednostki molekularne. Byłby to świat jałowy, ponieważ bez żywiciela, którego można zainfekować, wirusy nie posiadałyby zdolności wydawania potomstwa. A mimo to każdy szpital wolałby ich unikać. Badacze pochodzenia życia nie uznają wirusów za formy przejściowe między światem nieożywionym a żywymi komórkami, a więc w takim świecie nie zaistniałby postęp w kierunku wolno żyjących, metabolizujących i wiernie reprodukujących się komórek. Zwolennicy teorii inteligentnego projektu mogą natomiast uznać, że złożona wyspecyfikowana informacja zawarta w cząsteczkach wirusów stanowi świadectwo ich inteligentnego pochodzenia. Istnieje bowiem możliwość eksplozji replikacji, gdyby jakieś pechowe zwierzę znalazło się na powierzchni Ziemi. Natomiast zostawiony samemu sobie świat wirusów byłby całkowicie jałowy.

 

„Jak zbudować komórkę”

Wyobraźmy sobie „świat RNA” od dawna przewidywany przez badaczy pochodzenia życia. Przy dostatecznej ilości ciekłej wody, odpowiednio wysokiej temperaturze i obecności cząsteczek organicznych mogłyby zajść naprawdę interesujące procesy. Jednakże w świecie RNA brakuje nawet podstawowych zalet świata wirusów. Złożona wyspecyfikowana informacja w występujących w nim cząsteczkach nie pochodziłaby z inteligentnego źródła. We Wszechświecie zgodnym z koncepcją świata RNA, miliardy lat przed wyewoluowaniem człowieka, nie istniałaby żadna inteligencja. W wyimaginowanym świecie RNA istniałaby chemia, ale nie byłoby biologii. Przekroczenie granicy między tym, co jałowe, a tym, co płodne, wymaga wyjaśnienia powstania metabolizmu i wiernej replikacji informacji genetycznej, tak jak to pokazano na animacji How to Build a Cell [Jak zbudować komórkę], pochodzącej z produkcji Illustra Media pod tytułem Origin [Pochodzenie]. To gigantyczny przeskok dla cząsteczek RNA.

 

Nadzieja i rozpacz

Nadzieja, że świat RNA byłby w stanie dokonać takiego przeskoku, znacznie zmalała od momentu, gdy w 1986 roku wzbudził ją Walter Gilbert. Zbudowano ją na pomyśle, że RNA mogłoby łączyć role informacji genetycznej i metabolizmu. Niektóre cząsteczki RNA, nazywane „rybozymami”, mogą wykonywać proste czynności, jak choćby odcinanie pewnych fragmentów własnej cząsteczki. A ponieważ RNA, tak samo jak DNA, przechowuje informacje genetyczne w żywych komórkach i może, podobnie jak niektóre białka, pełnić funkcje katalityczne, stał się on wyczekiwanym pomostem między dwoma kluczowymi wymaganiami dla żywych komórek. Czasem jednak okazuje się, że najniższym poziomem nadziei jest rozpacz. Philip Ball zaczął kopać coraz głębiej w artykule Flaws in the RNA World [Wady teorii świata RNA], który ukazał się w lutym 2020 roku w magazynie „Chemistry World”:

To kusząca wizja – katalityczne cząsteczki RNA przypadkowo pojawiają się na młodej Ziemi jako molekularne replikatory, które stopniowo ewoluują w złożone cząsteczki zdolne kodować białka, systemy metaboliczne i ostatecznie DNA. To jednak prawie na pewno błędna teoria. Nawet procesy replikacji oparte na RNA wymagają energii: nie można odłożyć metabolizmu na później. I chociaż utworzono relatywnie proste samokopiujące się rybozymy, zwykle funkcjonują one tylko wtedy, gdy zapewni im się dostęp do właściwych składników oligonukleotydów. Co więcej, utrzymujące się cykle replikacji i proliferacji wymagają specjalnych warunków, w których matryce RNA można oddzielić od utworzonych na ich bazie kopii2.

Oto wymowne wyznanie popularnonaukowego pisarza, który wierzy w teorię ewolucji i powstanie życia na drodze niekierowanych procesów. Głównymi problemami hipotezy świata RNA, na które wskazuje Ball, są:

      1. Prawdopodobieństwo: rybozymy są „wysoce złożonymi cząsteczkami i wydaje się bardzo mało prawdopodobne, aby w sposób losowy uległy polimeryzacji w prebiotycznej zupie”3.
      2. Chaos: badacze muszą przyznać, że „zupa prebiotyczna musiałaby być bardzo złożoną mieszaniną związków chemicznych”4. Nie można także zignorować niszczycielskich reakcji krzyżowych, które musiały tam zachodzić.
      3. Koncentracja: bez „mechanizmów odpowiadających jednocześnie za koncentrację i segregację prebiotycznych cząsteczek”5 RNA raczej nie byłyby w stanie na siebie trafić tak, aby wejść w interakcję.
      4. Sekwencja: bez funkcjonalnej sekwencji trudno sobie wyobrazić, aby rybozymy „miały jakąkolwiek możliwość samoreplikacji zamiast produkowania wyłącznie czegoś nieużytecznego”6.

Ball przytacza słowa czołowego zwolennika hipotezy świata RNA, Geralda Joyce’a z Instytutu Badawczego Scripps w Kalifornii7, który przyznał, że potrzeba było zaistnienia jakiegoś replikatora, zanim powstał RNA: być może jakaś „hybryda peptydu i kwasu nukleinowego”8 niemająca tak wysokiego progu złożoności funkcjonalnej. Ball twierdzi, że pomysł ten „raczej odkłada pewne problemy na bok niż je rozwiązuje”9.

 

Inteligentna ingerencja

Badacze z Instytutu Badawczego Scripps przeprowadzili pewien rybozym przez „czternaście etapów ewolucji”10, inteligentnie ingerując (a więc posługując się sztuczną selekcją) w jej przebieg w celu otrzymania – jak wyraził się Joyce – „najbardziej złożonej i funkcjonalnej cząsteczki RNA zsyntetyzowanej przez rybozym”11. Liczono, że „dzięki dalszej ewolucji in vitro można by otrzymać rybozym o podobnym stopniu złożoności, który naprawdę byłby w stanie sam się replikować”12. Czy ta próba uwiarygodnienia hipotezy świata RNA (poprzez inteligentne wspomaganie procesu ewolucji, aby udało się stworzyć bardzo mało prawdopodobną cząsteczkę) wywarła na Ballu jakieś wrażenie? Nie, ponieważ podczas testów kopiowania współczynnik błędu był tak wysoki, że „zrodził kolejny problem”13:

      1. Wierność: ewolucja chemiczna nie mogłaby zachodzić bez dostatecznie wiernej replikacji, gdyż kumulowałyby się błędy. Jest to zjawisko katastrofy wywołanej nagromadzonymi błędami14.

Błędy te byłyby kluczowe dla perspektyw ewolucji molekularnej, ponieważ istnieje próg błędu, powyżej którego replikująca się cząsteczka traci jakąkolwiek darwinowską przewagę nad resztą populacji – innymi słowy, ewolucja zależy od wystarczająco skutecznej replikacji. Wierność kopiowania może zatem stanowić dotychczas niewystarczająco rozpoznany problem dla pojawienia się samowystarczalnego, ewoluującego systemu opartego na RNA, a co za tym idzie – dla świata RNA15.

Dalsza część artykułu Balla praktycznie miażdży hipotezę świata RNA. Jednak autor widzi błękitne niebo przebijające się przez gęste chmury:

Być może tę przeszkodę udałoby się z czasem pokonać. Jednak coś mi mówi, że dowolna prebiotyczna cząsteczka byłaby zbyt nieefektywna, nieprecyzyjna, słaba i naszpikowana błędami, by tego dokonać. Musimy raczej poszukać sposobów, w jakie pełne błędów, heterogeniczne i być może poprzedzielane kolektywy molekularne mogłyby zapoczątkować swoją drogę do utworzenia życia. Ma to przecież sens, kiedy uświadomimy sobie, że dokładnie tym są współczesne komórki16.

Krótko mówiąc: komórki istnieją, a więc musiały wyewoluować. Najlepszy kandydat na wyjaśnienie pochodzenia życia jest martwy. Niech żyje pochodzenie życia!

 

Prawdziwy problem

W 2012 roku w czasopiśmie „Biology Direct” Harold S. Bernhardt opisał hipotezę świata RNA jako „najgorszą teorię dotyczącą wczesnej ewolucji życia (poza wszystkimi innymi)”17. Aby mieć pełen ogląd na temat pozostałych teorii, warto przeczytać książkę Susan Mazur z 2016 roku pod tytułem The Origin of Life Circus18 [Cyrk wokół pochodzenia życia], a także obserwować światowej sławy ekspertów, którzy na różnych płaszczyznach podważają hipotezę świata RNA, nie oferując niczego lepszego w zamian. Jedni nazywają ją „bezpodstawną fantazją”, inni mówią, że już miała swój „ostatni wzlot”.

Gdyby Philip Ball w roku 1984 przeczytał The Mystery of Life’s Origin, mógłby zrozumieć, że prawdziwym problemem nie jest otrzymanie odpowiednich cząsteczek, ale ułożenie ich we właściwym porządku. Ball świetnie rozumie przeszkodę związaną z termodynamiką, czyli łączeniem nukleotydów bez wystarczającej ilości energii. Jednakże istnieje inna, większa przeszkoda, akcentowana przez Thaxtona, Bradleya i Olsena, którą autorzy w skrócie pieszczotliwie nazwali MOLO: przezwyciężenie „entropii konfiguracyjnej” wymaganej do tego, aby cząsteczki pełniły funkcje, takie jak metabolizm i replikacja. Koncentrujemy się bowiem zawsze na kwestii powstania i połączenia „cegiełek budulcowych życia”, nie troszcząc się o to, czy te cząsteczki tworzą funkcjonalne układy.

Zaktualizowana wersja MOLO z roku 1997 zawierała nowy dodatek, poświęcony hipotezie świata RNA, która zyskała popularność dopiero po opublikowaniu pierwszej edycji książki. Autorzy przytoczyli w niej wszystkie problemy, o których mówił Ball, a nawet więcej: zakłócające reakcje krzyżowe, małe prawdopodobieństwo utworzenia się rybozymów i adeniny w sposób naturalny oraz najważniejszy problem ze wszystkich:

Głównym problemem w niemal wszystkich dotychczasowych dyskusjach na temat pochodzenia życia było to, że nie wzięto w nich pod uwagę wymogu dotyczącego działania entropii konfiguracyjnej w warunkach abiotycznych, co jest bardzo istotne w syntezie makrocząsteczek. W rezultacie WSZYSTKIE modele i scenariusze pochodzenia życia poddane analizie w niniejszej książce i rozdziale uzupełniającym są, jak to ujęliśmy w Rozdziale 11, „żałośnie nieadekwatne” i niekompletne u samych swoich podstaw [wyróżnienia dodane].

To było w roku 1997. W ciągu kolejnych 23 lat magazyn „Chemistry World” nie był w stanie zaradzić problemom hipotezy świata RNA.

 

Evolution News

Oryginał: RNA World Is Sterile – And the Mystery of Life’s Origin Remains, „Evolution News & Science Today” 2020, February 21 [dostęp 20 V 2020].

 

Przekład z języka angielskiego: Adam Wójcicki

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 20.05.2020

Przypisy

  1. Por. C.B. Thaxton, W. Bradley, R. Olsen, The Mystery of Life’s Origin: The Continuing Controversy, Seattle 2020 [dostęp 20 V 2020] (przyp. tłum.).
  2. P. Ball, Flaws in the RNA World, „Chemistry World” 2020, February 12 [dostęp 20 V 2020] (przyp. tłum.) [wyróżnienia dodane].
  3. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  4. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  5. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  6. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  7. Por. M.P. Robertson, G.F. Joyce, The Origins of the RNA World, „Cold Spring Harbor Perspectives in Biology” 2012, Vol. 4, a003608 [dostęp 20 V 2020] (przyp. tłum.).
  8. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  9. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  10. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  11. K.F. Tjhung et al., An RNA Polymerase Ribozyme that Synthesizes Its Own Ancestor, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” 2020, Vol. 117, No. 6, s. 2906–2913 [dostęp 20 V 2020] (przyp. tłum.).
  12. Tjhung et al., An RNA Polymerase Ribozyme (przyp. tłum.).
  13. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.).
  14. Por. Evolution News, Error Catastrophe: Manfred Eigen’s Show-Stopper Is Still Stopping the Origin-of-Life Show, „Evolution News & Science Today” 2019, March 19 [dostęp 20 V 2020] (przyp. tłum.).
  15. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.) [wyróżnienia dodane].
  16. Ball, Flaws in the RNA World (przyp. tłum.) [wyróżnienia dodane].
  17. H.S. Bernhardt, The RNA World Hypothesis: The Worst Theory of the Early Evolution of Life (Except for All the Others), „Biology Direct” 2012, Vol. 7, No. 23 [dostęp 20 V 2020] (przyp. tłum.).
  18. Por. S. Mazur, The Origin of Life Circus: A How To Make Life Extravaganza, New York 2014 (przyp. tłum.).

Literatura:

  1. Ball P., Flaws in the RNA World, „Chemistry World” 2020, February 12 [dostęp 20 V 2020].
  2. Bernhardt H.S., The RNA World Hypothesis: The Worst Theory of the Early Evolution of Life (Except for All the Others), „Biology Direct” 2012, Vol. 7, No. 23 [dostęp 20 V 2020].
  3. Evolution News, Error Catastrophe: Manfred Eigen’s Show-Stopper Is Still Stopping the Origin-of-Life Show, „Evolution News & Science Today” 2019, March 19 [dostęp 20 V 2020].
  4. Mazur S., The Origin of Life Circus: A How To Make Life Extravaganza, New York 2014.
  5. Robertson M.P., Joyce G.F., The Origins of the RNA World, „Cold Spring Harbor Perspectives in Biology” 2012, Vol. 4, a003608 [dostęp 20 V 2020].
  6. Thaxton C.B., Bradley W., Olsen R., The Mystery of Life’s Origin: The Continuing Controversy, Seattle 2020 [dostęp 20 V 2020].
  7. Tjhung K.F. et al., An RNA Polymerase Ribozyme that Synthesizes Its Own Ancestor, „Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America” 2020, Vol. 117, No. 6, s. 2906–2913 [dostęp 20 V 2020].
Subscribe
Notify of
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments


Najnowsze wpisy

Najczęściej oglądane wpisy

Wybrane tagi

0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x