RNA svět

RNA svět je hypotetická představa o jedné z fází vzniku života na Zemi. Reaguje na problematický způsob vzniku živých organismů vzhledem k jejich genetickému kódu. Replikaci současných organismů totiž zajišťuje molekula DNA. Ta předává informaci proteinům (enzymům), ale bez jejich existence a katalýzy sama nemůže vznikat, replikovat se. DNA a proteiny proto mohou při přenosu informace fungovat pouze společně, není možné říci, co se vyvinulo dřív. Přímý vznik živé buňky s takto složitým systémem replikace je ve smyslu moderní vědecké abiogeneze nemyslitelný. Řešení problému se proto hledalo s předpokladem, že dnešnímu životu, kódovanému pomocí DNA, předcházely organismy s jednodušším replikačním systémem. Tento způsob navrhli nezávisle na sobě v 60. letech 20. století Carl Woese, Francis Crick a Leslie Orgel. Přelomem se stal až v 80. letech 20. století objev katalytických funkcí informační molekuly RNA. Systém přenosu informací v prvních živých organismech by tak mohl být založen pouze na RNA, která by v sobě spojovala vlastnosti nukleové kyseliny i proteinů.^[1] Termín RNA svět poprvé použil Walter Gilbert v roce 1986.^[2]

(c) I, Wgscott, CC BY-SA 3.0

Podle teorie RNA světa tvořily první živé systémy na Zemi „nahé“ samoreplikující se molekuly RNA bez membrány.^[3][4] Ribonukleová kyselina zajišťovala současně přenos genetické informace i katalýzu biochemických reakcí. Během dalšího vývoje byla nahrazena dokonalejším systémem DNA a proteinů.^[5] RNA poté zůstalo vyhrazeno množství drobných, ale zásadních funkcí. Původní katalytická funkce ribonukleové kyseliny se dodnes zachovala jako ribozymy, které „překládají požadavky DNA proteinům“.^[5]

Sporné otázky

Ačkoliv teorie RNA světa je v současnosti všeobecně uznávaná, přijímaná a hojně rozvíjená, stále má citelné slabiny. K prokázání pravdivosti této hypotézy chybí jakékoliv nálezy prvotních organismů v geologickém záznamu. Mnohé laboratorní experimenty byly úspěšné, odhalily však zatím jen zlomky možných reakcí. Dosud nejsou známé ani žádné organismy, které by mohly v RNA světě fungovat. Tehdejší metabolismus musel být zcela odlišný od současných mechanismů.^[4] Stále také panují velké nejasnosti o vzniku molekul RNA v prebiotickém světě. Jejich syntéza by byla v tehdejším prostředí podle současných poznatků velmi komplikovaná.^[6]

Doslova Achillovou patou teorie RNA světa je však velmi malá stabilita molekul ribonukleové kyseliny. Existence nechráněných molekul je v prostředí rané Země téměř vyloučená. I kdyby jejich syntéza proběhla, velmi rychle by se opět rozložily, zejména pod vlivem silného ultrafialového záření necloněného ozónem.^[7]

Další námitky (byť nemusí být tak podstatné) existují v souvislosti s přechodem mezi RNA a DNA světem. Molekuly kombinující stavební prvky RNA a DNA (ribózu a deoxyribózu) jsou málo stabilní (Phys.org, česky: Osel, Sciencemag).

Dosud se rovněž nepodařilo připravit plně funkční molekulu RNA, která by zvládla svou replikaci - dokázala by sama autokatalyticky složit svou kopii ze základních jednotek RNA (nukleotidů).

I tak je RNA svět zřejmě převládající teorií, pokud jde o popis toho, jak vznikl současný systém s DNA a proteiny. Sporné ovšem je, zda RNA svět existoval v nějak čisté podobě, zda už např. i v něm nehrály proteiny nějakou roli.

Život ale také mohl vznikat už z RNA a DNA.^[8] Molekula 2-thiouridin, která je modifikací uridinu z RNA, může přejít fotoredukcí na 2′-deoxy-2-thiouridin. Z něj může v prebiotických podmínkách také vzniknout 2-deoxyribóza a 2′-deoxyadenosin, které jsou základem DNA. Na vývoji se mohla podílet i ANA.^[9]

Pre-RNA svět

Řešení problému vzniku RNA světa se hledá v existenci jednodušších polymerů, které mohly v prebiotickém prostředí snáze vznikat a být stabilní, zároveň však měly podobné schopnosti jako RNA – možnost přenosu informací a autoreplikace. To znamená, že RNA světu předcházel pre-RNA svět. Dosud však není uspokojivě vyřešen charakter takové pre-RNA sloučeniny. V současných organismech po ní není dochovaná žádná jasně patrná stopa a také mechanismus pozdější přeměny pre-RNA světa v RNA svět je velmi nejasný.^[10] Podobně problematické je i pozdější převzetí úlohy replikace molekulou DNA.

Nejčastěji se za předchůdce ribonukleové kyseliny považuje peptidová nukleová kyselina (PNA).^[4] Možnost vzniku aminokyselin z abiotických sloučenin na rané Zemi byla dostatečně prokázána a z těchto monomerů pak mohly vznikat krátké polymery – peptidy. Právě peptidy jsou rovněž schopné přenášet informaci, ale mohly být na dávné Zemi stabilnější než RNA. Sice nejsou tak efektivní jako RNA a DNA, ale v podmínkách rané Země mohly mít proti současným nukleovým kyselinám nesporné přednosti.^[7][10]

Kromě PNA existují i další alternativy – mezi častěji uvažované molekuly patří threosová nukleová kyselina (TNA) nebo pyranosyl-RNA. Všechny dosud navržené sloučeniny však mají nějaká negativa.^[11]

Reference

Odkazy

• FLEGR, Jaroslav. Úvod do evoluční biologie. 2. vyd. Praha: Academia, 2007. ISBN 978-80-200-1539-6. 
• Přehled problematiky RNA světa (anglicky)