Samoreplikujące się cząsteczki dostarczają wskazówek, jak mogłoby się rozpocząć życie
Naukowcy finansowani przez UE w ramach pięcioletniego projektu REPLI z funduszem wynoszącym 1,5 milionów euro zajmują się badaniem, w jaki sposób cząsteczki samoreplikujące pozyskują czynniki występujące w formach życia. Takie cząsteczki mogłyby dostarczyć prostego modelu podstawowych procesów zachodzących w tworzeniu się gatunków. Może to również oznaczać, że biologiczna różnorodność może sięgać poziomu molekularnego. „Możemy obserwować zachowanie w jeszcze nie żyjących systemach samo-replikujących cząsteczek, które zaczynają wykazywać silne podobieństwa do tego, co widzimy w biologii”, mówi koordynator projektu Sijbren Otto, profesor chemii systemów na Uniwersytecie w Groningen, dodając „Jedną z fundamentalnych kwestii, jakimi zajmują się nasze badania, przynajmniej częściowo, jest to, jak powstało życie”. Zespół REPLI stwierdził, że pewna grupa cząsteczek replikatora - pierwotnie odkryta przypadkowo - może samoczynnie się mutować. „Najprostszą formą replikatora jest pojedyncza cząsteczka, która tworzy swoje dokładne kopie. Z ewolucją potrzebne są kopie, które różnią się strukturą od oryginału i dlatego są mutacjami, co udało nam się osiągnąć w laboratorium” - mówi profesor Otto. „Zaobserwowaliśmy to w czasie rzeczywistym na poziomie molekularnym - trochę później po utworzeniu jednego zestawu mutantów, drugi zestaw oddzielił się od pierwszego, co można porównać z tym, jak nowe gatunki pojawiłyby się w biologii”. Zespół stwierdził, że dwa różne komplety cząsteczek konkurują o dwa różne bloki strukturalne lub subkomponenty tworzące cząsteczki, które mogą być podobne do sposobu, w jaki zwierzęta konkurują o żywność. Wpływ struktury molekularnej na środowisko Innym odkryciem było to, że środowisko replikatora determinuje jego strukturę molekularną. „Można tworzyć równolegle adaptacje biologiczne”, mówi prof. Otto. „W ewolucji biologicznej organizmy adaptują się do zmian środowiskowych i widać coś podobnego na bardzo pierwotnym poziomie z cząsteczkami replikatora”. Zespół potrafił zbadać teorie związane z wyginięciem, stosując eksperymenty z systemami przepływu - płynące w blokach, z których replikatory konstruują się, a równocześnie wypływają z tej samej objętości na jednostkę czasu, tak, że całkowita objętość pozostaje stała. „Jeśli replikatory w próbce mogą namnażać się szybciej niż są wypuszczane z systemu, będą one trwałe. Jeśli jednak nie mogą, zanikają i wymierają” - zauważa profesor Otto, dodając, że „brutalna rzeczywistość jest taka, że ewolucja działa tylko wtedy, gdy jest życie i śmierć”. Ku prostym formom życia Większość prac laboratoryjnych dotyczyła cząsteczek peptydowych zawierających do 40 aminokwasów. „Jednak zasady mogą rozciągać się na inne klasy cząsteczek. Jedynym realnym wymogiem jest to, że cząsteczki muszą się trzymać ze sobą w celu łączenia się w większe struktury”- mówi profesor Otto. ERC przekazał kolejne wsparcie w postaci pięcioletniego grantu w wysokości 2,5 miliona euro od września 2017 r., aby kontynuować te badania w ramach projektu Steps Towards the Novo Life. Profesor Otto twierdzi, że „ostatecznym celem byłoby spychanie samo-replikujących się cząsteczek w kierunku podstawowego życia”. „Życie przeszło przez miliardy lat ewolucji, aby osiągnąć obecny poziom wyrafinowania i złożoności. Cokolwiek wyprodukujemy w laboratorium w ciągu naszego życia, nie będzie to w stanie się temu przeciwstawić. Ale mam nadzieję, że uda się uchwycić istotę, niezbędne minimum tego, co sprowadza się do życia lub od czego się ono zaczęło.”
Słowa kluczowe
REPLI, ewolucja, biologia, biochemia, biologia molekularna