Dobre perspektywy dla hipotezy "świata RNA"

Nowe badanie sugeruje, że życie oparte o RNA może powstawać dość powszechnie w kosmosie. Zanim przejdziemy do konkretów wypada zacząć od kilku słów wstępu o współczesnym życiu.

W bardzo barbarzyńskim skrócie to jest tak… Życie potrzebuje nośnika informacji i enzymów/budulca. Komórki są zbudowane z białek, białka są enzymami, DNA natomiast zawiera instrukcje budowy tych białek. DNA samo się nie duplikuje, białka same się nie powielają. Potrzebują się wzajemnie, przez co powstaje problem kury i jajka, który utrudnia wyjaśnienie tego jak powstało życie.

Dlatego niemałą popularnością cieszy się hipoteza “świata RNA”. RNA może pełnić obie wspomniane wyżej funkcje (nawet jeśli nie tak skutecznie). Takie wczesne formy życia mogły na drodze ewolucji dojść do współcześnie znanego układu DNA-białka. Mimo wszystko wciąż traktujemy tą koncepcję jako hipotezę. Najnowsze badanie opublikowane w magazynie Astrobiology nie przesądza o jej prawdziwości, ale wydaje się ją umacniać. Wynika z niego, że RNA być może powstaje powszechnie we wszechświecie, tam gdzie tylko obecne jest szkliwo wulkaniczne i woda.

Trójfosforany nukleozydowe (NTP), podobnie jak inne składowe życia były powszechnie dostępne na pierwotnej Ziemi (oraz Marsie). Na obu planetach nie brakowało również szkliwa bazaltowego. Według publikacji wystarczy, że NTP rozpuszczone w wodzie przecieka przez szkliwo wulkaniczne i hyc, wyskakuje nam RNA. A konkretnie nitki RNA długie na 100-200 nukleotydów. Jak to się ma do znanego nam życia? Pojedynczy gen liczy sobie od niecałych stu aż po miliony nukleotydów. Typowo tysiące. Jak wygląda genom najprostszej bakterii? Ma 182 geny, 160 tysięcy nukleotydów.

Czy to problem? Absolutnie nie. Nikt nie spodziewa się, że z ochlapanej wodą skały wulkanicznej wyciekną małe żyjątka. To jednak potencjalnie kolejny element układanki życia. Wiemy, że wiele innych jego elementów jak choćby aminokwasy i cukry istnieją w przestrzeni kosmicznej i docierały na młodą Ziemię (i Marsa) dodatkowo ułatwiając powstawanie pierwotnych form życia (czy może raczej proto-życia).

Potencjalnie większy problem z badaniem wskazuje sam jego współautor, Steve Benner. Jasno przyznaje, że publikacja nie wyjaśnia homochiralności. Co to jest homochiralność? O chiralności mówimy, kiedy cząsteczka i jej lustrzane odbicie nie są identyczne. Wyobraźmy sobie cząsteczkę wody - wystarczy ją obrócić w rękach, żeby uzyskać jej odbicie. Chemicznie będzie działać tak samo. Tymczasem zwykła śruba, jeśli odbijemy ją w lustrze, nie będzie pasować do gwintu. Tak samo jest z niektórymi cząsteczkami - ten sam skład chemiczny nie oznacza tych samych właściwości. Chiralność czasem nazywa się skrętnością, co szczególnie dobrze pasuje, kiedy mówimy np. o lewo- lub prawoskrętnym DNA. Homochiralność oznacza występowanie tylko jednego wariantu cząsteczek.

W badaniu o którym tu mówimy autorzy wykorzystali NTP zawierające tylko D-rybozę, a następnie otrzymali D-RNA (D- jak delta, oznacza prawoskrętność, L- jak lambda oznaczałoby lewoskrętność). W naturze spodziewamy się obu rodzajów NTP a w takich warunkach RNA już nie powstaje. Czyli co badanie do kosza? Oczywiście, że nie. To po prostu oznacza, że teraz trzeba zrozumieć czy istnieje jakiś mechanizm, dodatkowy krok, który sprawiał, że powstawały obie wersje, albo że jedna miała wystarczającą przewagę (też Wam się kojarzy problem przewagi materii nad antymaterią?)


Co ciekawe osiem lat temu pisałem o potencjalnym wyjaśnieniu dlaczego życie na Ziemi (i potencjalnie gdzie indziej) jest oparte o prawoskrętne DNA. Link do tej starej notki umieszczam poniżej. A jeśli interesuje Was temat powstania życia, to poświęciłem mu niemało uwagi w finałowych rozdziałach “Nieba pełnego planet”, które możecie nabyć pod tym linkiem: ideaman.tv/niebo-pelne-planet



Główne badanie:
https://www.liebertpub.com/doi/10.1089/ast.2022.0027

Kilka notek prasowych (pokazują różne ujęcia, więc każda była dla mnie wartościowa):
Spontaneous Formation of RNA in Volcanic Glass
Scientists announce a breakthrough in determining life's origin on Earth—and maybe Mars
Scientists revealed how RNA could form on Mars and Earth
Did volcanic ‘glasses’ help spark early life?

Dodatkowe lektury:
Smallest genome clocks in at 182 genes
https://weglowy.blogspot.com/2014/09/prawoskretne-dna-przypadek-nie-sadze.html

O słoniach i rakach

Dla wytrwałych czytelników, na końcu tekstu zamieściłem coś innego niż zawsze.

Życie to jeden wielki ciąg mnożących się komórek. Dzielą się, narastają w wyniku fascynującego, “cyfrowego” u swoich podstaw procesu. Nic jednak nie jest doskonałe, czasem coś pójdzie nie tak i komórka mutuje. To jeszcze nie koniec świata, a wręcz to część procesu ewolucji. Błędy prowadzą do powstawania nowych, skutecznych rozwiązań. Czasem jednak, kiedy do mutacji dochodzi w dojrzałym (lub nawet dojrzewającym) organizmie, komórki zaczynają się dzielić w sposób niekontrolowany i niekorzystny - powstaje nowotwór.

Jest to generalnie proces losowy, choć są czynniki sprzyjające temu nieszczęściu. Niemal każda komórka może paść ofiarą mutacji. Co za tym idzie, im więcej komórek, tym więcej szans na nowotwór. Czysta matma. Rzucając kilkoma kostkami mamy mniejsze szanse, że na choć jednej wypadnie niekorzystny wynik niż gdy rzucimy pełną garścią. A jednak zaobserwowano, że słonie - nasi krewni - choć mają znacznie więcej komórek, rzadziej cierpią na nowotwory. Szacunkowo 17% ludzi zmaga lub będzie zmagać się z tymi chorobami, wśród słoni to zaledwie 5%. Odsetek ten jest jeszcze mniejszy u wielorybów.

Wiemy o tym od lat. Kilka lat temu naukowcy zauważyli, że słonie mają w DNA aż dwadzieścia kopii genu p53. Gen ten kontroluje podział komórek i rozpoznaje uszkodzenia DNA. Innymi słowy kod genetyczny słoni jest bardziej wyczulony na jego własne niedoskonałości. To oczywiście nie wyjaśnia wszystkiego. I tu pojawia się ogłoszona niedawno nowość. Gen p53 aktywuje inny gen. LIF6, to nowa, fajniejsza wersja genu LIF, który posiadają również ludzie. Słoniowa wersja to terminator komórek nowotworowych. U nas służy m.in. do komunikacji między komórkami. LIF6 jednak produkuje białka, które trafiają do wadliwych komórek i wycinają dziury w ich mitochondriach. Mitochondria, normalnie “zasilające” komórki, rozlewają swoją zawartość, która jest śmiertelnie szkodliwa dla komórki jako całości.

Jak łatwo się domyślić, naukowcy mają nadzieję, że analiza tego mechanizmu może nas doprowadzić do uniwersalnej metody radzenia sobie z tą okropną przypadłością. Z jednej strony brzmi to obiecująco, z drugiej myślę, że warto poczekać z entuzjazmem. O ile jesteśmy teoretycznie zdolni do manipulacji pojedynczymi genami, to chyba wyobrażacie sobie jak ogromny sprzeciw wywołałyby choćby propozycje by wprowadzać do ludzkiego DNA nowe geny. Ponadto w przeciwieństwie do programów w naszych komputerach, geny najczęściej nie mają jednej funkcji.

Pocieszające jest jednak to, że istnieją inne mechanizmy. Bo jak się okazuje wieloryby nie mają dodatkowych kopii genu p53. A są jeszcze bardziej odporne na nowotwory niż ludzie i słonie. To w sumie logiczne, że ewolucyjnie różne organizmy osiągnęły pewien poziom tendencji do mutacji. Odstępstwem są golce - wyjątkowo brzydkie gryzonie, które w przeciwieństwie do krewniaków, którym mimo krótkiego żywota i małej liczby komórek nowotwory nie są obce, żyją długo i bez nowotworów.

Mimo całych dekad badań, nigdy nie zaobserwowano by golec wyhodował guza. [Aktualizacja: a jednak chorują] W 2013 odkryto, że kwas hialuronowy, którego produkują więcej niż my, ma troszkę inną budowę i tworzy bufor między komórkami, przez co nawet gdy któraś zmutuje, nie pozwala on na jej dalsze podziały. Choć badane są możliwości stymulowania produkcji golcowej wersji kwasu u ludzi, trzeba brać pod uwagę, że u nas może się to nie sprawdzić. Nie jesteśmy golcami. U nas może być wręcz szkodliwy.

Zbliżając się do końca, dodam słowo komentarza - rak i nowotwór to nie to samo. Rak to nowotwór złośliwy. Zaznaczam to bo notka jest ogólnie o nowotworach, ale dla chwytliwości w tytule napisałem o “rakach”. A wbrew mitom, rekiny też cierpią na nowotwory.

Zanim przejdziemy do źródeł, zamiast zwyczajowej strzałki do Patronite będzie coś innego. Tak się przykro złożyło, że szykując tą notkę dowiedziałem się, że moja znajoma cierpi na raka. Minęły dwa tygodnie, a ja dalej nie wymyśliłem co sensownego można napisać o Wiewiórce i raku. Dlatego jedynie podsunę Wam linka: http://wiewiorawygrywazrakiem.pl


Źródła:
The ‘Zombie Gene’ That May Protect Elephants From Cancer
Dlaczego słonie nie chorują na nowotwory?
The Animal that doesn't get cancer
Peto’s Paradox: how has evolution solved the problem of cancer prevention?
High-molecular-mass hyaluronan mediates thecancer resistance of the naked mole rat
Foto: procitova
Foto: Robbie Shade
Foto: Meghan Murphy, Smithsonian’s National Zoo.

Gangi pustelników

Kraby pustelniki są trochę jak świnki morskie. Nie są krabami (Brachyura), tylko ich krewnymi (Paguroidea). Nie są też samotnikami, tylko zwierzątkami społecznymi. W sumie ma to sens - jeśli twoje życie zależy od tego czy znajdziesz nowe miejsce na swój miękki, delikatny tyłek, to warto jakoś się zorganizować…

Pustelniki to niezwykły przykład tego, jak działa ewolucja. Dobór naturalny bezlitośnie ocenia bilans zysków i strat. Najwyraźniej przez miliony lat wody obfitowały w muszle martwych mięczaków na tyle, by niektórym skorupiakom opłacało się nie marnować zasobów na opancerzenie odwłoku, tylko polować na darmochę i ryzykować przy przesiadkach do większych muszelek. Brak muszli jest dla pustelnika wyrokiem śmierci. To nie jest po prostu słaby punkt, bez osłony nawet słońce jest zabójcze dla tego zwierzęcia. A jednak ewolucja wykazała, że to działa. Razem z tym przyszły inne mechanizmy adaptacji.

Kraby pustelniki dbają o swoje domki, montują na nich systemy obronne - osobniki żyjące pod wodą znane są z tego, że czasem delikatnie przenoszą ukwiały z kamieni i przyczepiają je do swoich muszli (a później przenoszą je na nowe). Ukwiały stają się w ten sposób mobilne i dostają resztki z krabiego stołu, skorupiaki natomiast dostają ochronę w postaci parzydełkowych parasoli nad głową.

Choć nie tyczy się to wszystkich pustelników, czasem formują one gangi. Jako że w kupie siła, wspólnie spuszczają łomot większemu krewniakowi, by zdobyć jego muszelkę. Następnie instynktownie rozpoczynają rytuał ustawiania się w rządku według wielkości. Po czym hyc, hyc, przesiadają się... Niczym ciuchy przekazywane w rodzinie, muszle trafiają od większych do mniejszych pustelników. Czasem nie obywa się bez przepychanek:

Myślę, że od tej pory możemy uznać, że ustawiamy się krabiego a nie gęsiego.


Źródła:
BBC “Life Story”
The Violent Lives of Hermit Crabs