Představte si to: je Země, asi před čtyřmi miliardami let. Ještě neexistují žádné buňky. Žádné membrány, které by něco obalily. Jen vířivá, horká, chemicky nepřátelská polévka molekul. A somehow, někde, musí RNA – molekula nesoucí genetické instrukce – přežít, najít další molekuly RNA a začít provádět chemické procesy, které nakonec povedou k životu, jak ho známe.
Jak přesně se to stalo? To je jedna z největších záhad vědy a upřímně řečeno, fakt, že jsme tu, abychom o tom přemýšleli, je docela ohromující, když si uvědomíte všechny překážky, které bylo třeba překonat.
Vědci z Buffalské univerzity právě objevili něco fascinujícího, co by mohlo pomoci vše vysvětlit. A to nejlepší – jde doslova o JEDEN atom kyslíku.
Problém slepice a vejce raného života
Tady je podstata věci: RNA je křehká. Pokud ji vystavíte příliš vysoké teplotě, kyselosti nebo drsným chemikáliím, rozpadne se. Na rané Zemi byly tyto podmínky všudypřítomné.
Ale RNA také potřebuje interagovat s dalšími molekulami RNA, aby mohla dělat cokoliv zajímavého – jako replikovat se, katalyzovat reakce nebo nakonec vést k prvním proteinům a posléze k DNA. Před existencí buněk neexistovala žádná membrána, která by udržela molekuly RNA pohromadě. Ty by se prostě rozptýlily do obrovského oceánu a sotva by do sebe narážely.
Jak tedy mohla RNA získat dostatečnou organizovanost, aby nastartovala život?
Vstupují kapky
Vědci už nějakou dobu předpokládali, že RNA si mohla vytvořit jakýsi ochranný obal – kapky, které fungují jako malé tekuté bubliny bez membrány. Představte si olejové kapky v zálivce na salát, ale složené z RNA a vody.
Tyto kapky mohly koncentrovat molekuly RNA na jednom místě, čímž se zvyšovala pravděpodobnost jejich interakce. Také nabízely určitou ochranu před drsným prostředím. Otázkou bylo: proč je RNA tak dobrá v tvorbě těchto kapek?
Právě tam nastupuje nový výzkum.
Malé chemické tajemství
To, co mě na této studii fascinuje, je následující. RNA a DNA se často popisují jako podobné molekuly – DNA je dlouhodobé úložiště, RNA je posel. Ale chemicky se liší jen jedním malým detailem.
Každá cukerná jednotka v RNA má něco, co se nazývá 2'-hydroxylová skupina (neboli 2'-OH). Cukr v DNA to nemá – místo toho je tam atom vodíku. Takže mluvíme doslova o jednom atomu kyslíku navázaném na vodík, což činí RNA jen o málo složitější než DNA.
Jeden. Atom. Kyslíku.
To je vše.
A přesto se zdá, že tento malý rozdíl je rozhodující pro to, zda RNA dokáže vytvořit tyto ochranné kapky.
Experimenty, které vše odhalily
Výzkumný tým porovnal chování RNA a DNA při zahřívání. Použili stejné genetické sekvence pro obě, takže jediným rozdílem byl onen atom kyslíku.
To, co zjistili, bylo pozoruhodné: RNA začala tvořit kapky při teplotách asi o 10 °C nižších než DNA. Deset stupňů se možná nezdá jako mnoho, ale v chemii je to ve skutečnosti obrovský rozdíl. Znamená to, že RNA má podstatně silnější tendenci kondenzovat a tvořit tyto struktury.
Ale to není vše.
Když RNA tvořila kapky, molekuly uvnitř se spojovaly a vytvářely propojené sítě. Jak tyto sítě rostly, kapky se měnily z tekutých – jako