TLDR: Metodou pokusu a omylu vytvořili japonští vědci systém RNA molekul, který se udržuje „v chodu“, replikuje i vyvíjí. Jde o náznak dávného tzv. RNA světa. Studie tuna.

Bylo, nebylo?

Již v minulosti jsme si opakovaně řekli, jak zhruba vznikl na Zemi život. A možná si také pamatujete, že důležitá při tom byla nejenom slavná DNA, ale že možná ještě významnější byla RNA! Ale co stálo na jeho nejtitěrnější úrovni? Japonským vědátorům se to dost možná podařilo objasnit v roce 2022, kdy vytvořili RNA molekuly, které se samy replikují a diverzifikují…

Jejich RNA zkrátka prováděla psí kusy typicky spojované s tím, co na své nejzákladnější úrovní svede život. Ačkoliv šlo jen o laboratorní experiment, jedná se o zatím nejvýznamnější náznak toho, že hypotéza někdejšího RNA světa je možná. Jiný slovy: možná jsme zas o kousek blíže rozlousknutí toho, jak jsme vznikli!

Než se vydáme v ústrety RNA světa, budeme si pro nově příchozí muset vysvětlit, vo co go. Na počátku života někdy před 3,5 a více miliardami let, byla Země pustá jak šrajtofle před výplatou. Souše, pokud existovala, byla holou skálou. Hlubiny moří na tom nebyly o moc lépe, ale nejspíše tady již kolovaly základní molekuly života…

Identita těchto molekul je ale tématem řešení už po celá desetiletí. Dnešní život je totiž komplexnější, než co vypadá, že se mohlo zrodit kdysi dávno v primordiální kaluži. Vy, já i sousedovic kočka na té nejzákladnější úrovni spoléhá na jakousi trojnožku molekul: DNA, RNA a proteiny. DNA obsahuje stavební plány proteinů, proteiny zajišťují množení a všechny další životní funkce, RNA vypomáhá tam, kde je třeba. Není ovšem jasné jak by se tato trojnožka mohla zrodit sama o sobě…

Vznikla proto hypotéza RNA světa. Molekula RNA totiž dovede vykonávat všechny tři funkce sama o sobě – ale je v tom méně efektivní. Je ale možné, že život na úsvitu věku stál právě výlučně na RNA (jako knihovně i funkční molekule vykonávající chod organismu), a až postupně se naučil být efektivnější skrze zakomponování proteinů i DNA.

Pro někoho, kdo je naučený, že „život = DNA“, to může znít divně. Ale je to trochu podobné, jako život může využívat i jiný plyn než kyslík, ale právě kyslík je efektivnější. A dovoluje tak fungovat nejenom jednoduchému jednobuněčnému bacilovi, ale vám, mě i sousedovic kočce.

RNA sama je ostatně také krásná věc – tady nám ji vymodeloval na zakázku Tomáš Adámek:

Pokus, omyl, náprava

Pojďme se ale počastovat tím, co vykoumali v roce 2022 japonští vědátoři. Těm se podařilo v rámci experimentu na Tokijské univerzitě vytvořit systémmolekul RNA, který zvládá sám obsluhovat celou komplexní replikační síť – celkem v tomto systému vzniklo pět typů RNA s různými interakcemi, což podporuje věrohodnost dlouho předpokládaného scénáře evolučního přechodu ze soběstačného RNA světa na trojnožku.

To samozřejmě není poprvé, co vědátory napadlo něco podobného zkusit vytvořit v laboratorních podmínkách. Dosavadní navržené replikátory motající se kolem RNA, DNA a dokonce i proteinů byly ale příliš složité na to, aby mohly vzniknout samovolným poskládáním neživými procesy. A molekuly jednodušší, které by těmito procesy vzniknout mohly, byly až doposud zase nedostatečně sofistikované k tomu, aby mohli zajistit všechny potřebné funkce a aby mohl celý systém fungovat dlouhodobě. To je věru prekérie!

Věda je ale často procesem zkoušky, omylu a nápravy… Anebo minimálně zkoušky nové, trochu odlišné. Tým kolem evolučního biologa Ryo Mizuuchi tak pro svůj experiment navrhl vskutku šalamounské řešení. Na počátku vytvořil jednoduché RNA replikační molekuly, které by mohly vzniknout i neživými procesy – a které by ve své počáteční podobě byly nakonec nefunkční. Ale! Zároveň vědátoři dosáhli toho, že se tyto RNA molekuly začaly s postupným iterováním dále vyvíjet, a stávaly se složitějšími!

To je velká věc, protože to zároveň odpovídá na související hádanku, jestli je sama RNA vůbec schopná podobného vývoje. Zároveň to ale také ukazuje řešení otázky RNA světa – máme tak první experimentální důkaz toho, že RNA se mohla zrodit primitivnější, ale postupně se zlepšovat a evolvovat! Máme tu podstatný důkaz toho, jak kdysi mohl fungovat svět!

A je to o to zajímavější, že již tento prehistorický něco-jako-život spolu nejenže uměl, ale dokonce musel spolupracovat.

Spoluprací kupředu

Patero různých komponentů celé replikace RNA bylo nejenom jedno závislé na druhém, ale zároveň se jejich spoluprací podařilo demonstrovat neplatnost konkurenčního vyloučení druhů na molekulární úrovni. Zjednodušeně řečeno, v přírodě obvykle platí, že více druhů soupeřících o stejné zdroje spolu nebude dlouho kamarádit. Zdá se ale, že to nemusí nutně platit v případě RNA…

Pokud si RNA navzájem nekonkurují o zdroje (tj. o své základní stavební kameny, jakými jsou například fosfáty, cukerné ribózy a dusíkaté báze A, C, U, G), ale spoléhají se jedna na druhou v jakémsi hostitelsko-parazitickém způsobu, může to celé fungovat. Je-li odstraněn byť jen jeden z pěti RNA replikátorů, ostatní brzy vymřou – to je docela solidní výběrový mechanismus nahrávající diverzitě a spolupráci spíše než konkurenci.

Jde samože taky jenom o jednu studii – nic automaticky neříká, že přesně takto RNA svět vypadal. Jeho šance jsou ale rozhodně momentálně lepší než kdykoliv dřív! A spolu s tím se zvyšují šance i na to, že si budeme jistější v kramflecích nad zodpovězením, když ne smyslu, tak alespoň počátku veškerého života (vesmír a vůbec budou třeba následovat)!

[Ladislav Loukota, Jan Kollár]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je vedatororg@seznam.cz