Wyobraź sobie: to Ziemia, około czter miliardy lat temu. Nie istnieją jeszcze komórki. Brak błon, które mogłyby cokolwiek zawierać. Tylko wirująca, gorąca, chemicznie wroga zupa cząsteczek. A gdzieś, w jakiś sposób, RNA – cząsteczka przenosząca instrukcje genetyczne – musi przetrwać, znaleźć inne cząsteczki RNA i zacząć prowadzić reakcje chemiczne, które ostatecznie doprowadzą do życia, jakie znamy.
Jak dokładnie do tego doszło? To jedna z największych zagadek nauki, a sam fakt, że tu jesteśmy i zastanawiamy się nad tym, jest oszałamiający, gdy uświadomimy sobie, jak wiele przeszkód trzeba było pokonać.
Otóż badacze z University at Buffalo odkryli właśnie coś fascynującego, co może pomóc to wszystko wyjaśnić. A najlepsze jest to, że sprowadza się to dosłownie do JEDNEGO atomu tlenu.
Problem kury i jaja wczesnego życia
Oto rzecz dotycząca RNA: jest ono kruche. Wystawione na zbyt dużą temperaturę, kwasowość lub surowe warunki chemiczne, ulega rozpadowi. Na wczesnej Ziemi takie warunki były wszędzie.
Ale RNA musi też wchodzić w interakcje z innymi cząsteczkami RNA, by robić cokolwiek interesującego – na przykład replikować się, katalizować reakcje, a ostatecznie prowadzić do powstania pierwszych białek, a w końcu DNA. Zanim powstały komórki, nie istniały błony, które utrzymywałyby cząsteczki RNA w jednym miejscu. Rozpraszały się one w ogromnym oceanie, ledwie kiedykolwiek na siebie wpadając.
Jak więc RNA mogło się na tyle zorganizować, by zainicjować życie?
Wchodzą krople
Naukowcy od pewnego czasu podejrzewali, że RNA mogło tworzyć własnego rodzaju ochronne przedziały – krople działające jak małe pęcherzyki cieczy bez błon. Pomyśl o kroplach oleju w sosie do sałatek, ale złożonych z RNA i wody.
Te krople mogły koncentrować cząsteczki RNA w jednym punkcie, zwiększając szansę na ich interakcje. Oferowałyby też pewną ochronę przed surowym środowiskiem. Pytanie brzmiało: dlaczego RNA jest tak dobre w tworzeniu tych kropli?
Tu wkracza nowe badanie.
Mała chemiczna tajemnica
To, co mnie absolutnie fascynuje w tym badaniu, to fakt, że RNA i DNA często opisuje się jako podobne cząsteczki – DNA to długoterminowa pamięć, RNA to posłaniec. Ale chemicznie różnią się one tylko jedną drobną cechą.
Każda jednostka cukru w RNA posiada coś, co nazywa się grupą 2'-hydroksylową (lub w skrócie 2'-OH). Cukier w DNA tego nie posiada – zamiast tego znajduje się tam atom wodoru. Mówimy więc dosłownie o pojedynczym atomie tlenu przyłączonym do wodoru, co czyni RNA tylko nieco bardziej złożonym niż DNA.
Jeden. Atom. Tlenu.
To wszystko.
A jednak ta drobna różnica wydaje się być decydująca dla zdolności RNA do tworzenia tych ochronnych kropli.
Eksperymenty, które wszystko ujawniły
Zespół badawczy porównał zachowanie RNA i DNA podczas podgrzewania. Użyto tych samych sekwencji genetycznych dla obu, więc jedyną różnicą był ten atom tlenu.
To, co odkryto, było niezwykłe: RNA zaczynało tworzyć krople w temperaturach około 10°C niższych niż DNA. Dziesięć stopni może nie wydawać się wiele, ale w chemii to ogromna różnica. Oznacza to, że RNA ma znacznie silniejszą tendencję do kondensacji i tworzenia tych struktur.
Ale jest jeszcze ciekawiej.
Kiedy RNA tworzyło krople, cząsteczki wewnątrz łączyły się ze sobą, tworząc wzajemnie połączone sieci. W miarę jak te sieci rosły, krople zmieniały się z płynnych – jak rzadki miód – w coś bardziej przypomin