У чому суть гіпотези світу РНК

РНК (рибонуклеїнова кислота) — клас нуклеїнових кислот, лінійних полімерів нуклеотидів, до складу яких входять залишок фосфорної кислоти, рибоза і азотисті основи — аденін, цитозин, гуанін і урацил.

Стейтед Клірлі представляє.
В чому суть гіпотези світу РНК?
Якщо б ви повернулися назад в часі на 120 мільйонів років, то опинилися б у світі динозаврів.
500 мільйонів років тому то бив би світ трилобітів та інших дивних морських істот.
А 3,4 мільярда років тому був би свят перших живих клітин.
А що як би ви повернулися ще далі?
Вчені підозрюють, що ланцюжки хімічних сполук, які називаються РНК, або щось подібне до РНК дали старт усьому цьому красивому безладу, який ми називаємо життям.
РНК, як вважається, призвела до зародження життя з кількох причин.
Ланцюги РНК зустрічаються у великій кількості у всіх живих клітинах сьогодні.
РНК є близькою хімічною кузиною для ДНК.
І, з невеликою допомогою дослідників, ланцюги РНК можуть самовідтворюватися, еволюціонувати й взаємодіяти з навколишнім середовищем.
І хоча багато деталей ще належить розробити, гіпотеза світу РНК є простою ідеєю, що десь на ранній планеті, можливо в заплаві, або гарячому джерелі, земна хімія виробляла випадкові ланцюги РНК.
Одного разу сформувавшись, вони починають самовідтворюватися, розвиватися і конкурувати одна з одною за виживання.
У міру розвитку цих молекул і виникнення їх розмаїття, деякі врешті решт почали співпрацювати для створення генетичного коду, широкого спектра складних білків і навіть живих клітин, які з точки зору РНК насправді можна розглядати як укриття, або машини для виживання РНК у них всередині.
Щоб зрозуміти, як РНК можуть взаємодіяти з їхнім оточенням, самовідтворюватися і розвиватися, ми спочатку повинні зрозуміти простий процес спаровування основ.
Ланцюжки РНК складаються з нуклеотидів, невеликих молекул, яких в РНК є чотири різних види, що позначаються А, Ц, У і Г.
Атоми фосфатно-цукрового хребта нуклеотиду, показані тут жовтою смужкою, можуть утворювати міцні хімічні зв’язки з атомами основ будь-яких інших нуклеотидів.
Це означає, що різні ланцюги можуть мати абсолютно різні послідовності нуклеотидів.
Частини, які ми називаємо основами нуклеотидів, позначені кольоровими секціями з маркуваннями А, Ц, У або Г, притягуються до інших основ ніби магніти.
Але з вибірковим підходом відносно того, з чим будуть з’єднані.
Г вибірково спаровується з Ц, А вибірково спаровується з У.
Коли основи знаходять свої пари й з’єднуються, ми називаємо це спаровуванням основ.
Дослідники виявили, що при незначній допомозі спаровування основ дозволяло ланцюгам РНК здійснювати реплікацію та розвиток.
Ось, як це працює.
Коли довгий ланцюг РНК підвішений в холодній воді з високою концентрацією вільних нуклеотидів, її ланцюг може виступати в якості шаблона для її власної реплікації.
Нуклеотиди автоматично спаровуються зі своїми партнерами в існуючому ланцюзі.
Якщо атоми хребта створюють хімічні зв’язки один з одним (і, до речі, саме ця частина в даний час потребує допомоги дослідників, і ми ще точно не знаємо, як це відбувалося в природному середовищі) народжуються компліментарна нитка РНК.
Нитка з точною інверсною послідовністю відносно оригінальної.
Якщо воду потім нагрівати, спаровані основи втрачають щеплення, що дозволяє вже обом ланцюгам виступати в якості шаблонів, і цикл повторюється.
Найчудовішим у цьому процесі є те, що будь-який ланцюг РНК виробляється як копія оригіналу, але іноді у цей процес можуть прослизнути мутації.
Це означає, що ці ланцюжки конкурують за виживання і відтворення.
Тобто, справжня еволюція, походження з модифікацією на основі відбору, може діяти на ланцюжках РНК.
Якою б дивною не була реплікація, та спаровування основ також дає ланцюгам РНК ще одну особливу здатність.
Будучи поміщеними у воду з температурою достатньою для спаровування основ, але без достатньої кількості вільних нуклеотидів для реплікації, ланцюги будуть згортатися і спаровуватися власними частинами.
Результатом є складна форма з деякими основами спрямованими назовні, оскільки вони не змогли знайти партнерів.
Ці лапки, повернуті назовні основи можуть спричинити унікальні хімічні реакції завдяки взаємодії з іншими молекулами в навколишньому середовищі.
Складний ланцюг РНК, що здатний направляти специфічні хімічні реакції - це те, що ми називаємо рибозим.
Одні рибозими розривають певні молекули на частини, інші з’єднують певні молекули разом.
Специфічна функція рибозима визначається його характерною формою і його форма визначається його послідовністю.
Якщо мутація змінює послідовність рибозими, його форма може бути змінена, як і його функція.
Коли рибозими вперше були виявлені, вчені зацікавилися - наскільки важко було б випадковим ланцюгам РНК розвинути функцію виживання?
Уявіть собі, наприклад, рибозим, який міг би будувати нуклеотиди з молекул, що він знаходить в навколишньому середовищі.
Впродовж декількох поколінь природний відбір може посприяти розвитку і вдосконаленню цього рибозиму, тому що такий ланцюг зможе отримати доступ до більшої кількості вільних нуклеотидів, аніж його конкуренти, дозволяючи йому самовідтворюватися ще частіше.
Задля вивчення цієї ідеї дослідники з університету Саймона Фрейзера створили велику групу випадкових ланцюгів РНК і досліджували їх, щоб побачити, чи станеться так, що якийсь ланцюг міг створювати нуклеотиди.
Як не дивно, та деякі й справді могли, але вони були не дуже ефективними.
Дослідники відібрали успішні ланцюги, а потім використали лабораторний метод під назвою ПЛР для швидкої реплікації з невеликими випадковими мутаціями.
Усього після десяти циклів ПЛР з подальшим відбором високоефективні нуклеотидні будівельні рибозими еволюціонували.
Вони є молекулами зі схожою до життя здатністю брати активну участь в їхньому власному виживанні.
Ці, та багато інших рибозимів, створених в аналогічних експериментах, починають стирати межу між живими істотами й простою хімією.
Тож, підсумовуючи, гіпотеза світу РНК - це проста ідея, яка полягає у тому, що першими речами, здатними до реплікації й розвитку на нашій планеті могли бути ланцюги РНК, або щось схоже на них.
Хоча основна ідея світу РНК, схоже, дає нам багатообіцяльний шлях до з’ясування походження життя, ще дуже багато потрібно зробити.
Як вже згадувалося, одна з декількох невирішених проблем - це як природа примушує зв’язуватися частинки хребта без спеціальних ферментів, або лабораторних технік, які ми застосовуємо сьогодні.
І поки багато дослідників продовжують зосереджувати увагу на РНК, інші досліджують альтернативні молекули - хімічні системи, які можуть самовідтворюватися та еволюціонувати без сторонньої допомоги, і могли б дати початок РНК.
Постійні успіхи та прориви відбуваються на обох напрямках досліджень.
Я, Джон Перрі, і гіпотеза світу РНК.