40 億年前、生命の最初の分子前駆体が出現し、地球の原始的な化学物質のスープの中で渦巻いていました。これらの分子の正体は依然として激しい議論の対象となっていますが、科学者たちは、分子が情報の保存と化学反応の触媒という 2 つの主要な機能を実行する必要があることに同意しています。現代の細胞は、これらの責任をそれぞれその DNA とそのタンパク質に割り当てています。後で引き継ぐタンパク質。
1960 年代に提案され、20 年後に「RNA ワールド」と呼ばれたこの仮説は、通常、生命がどのように始まったのかを説明する最も可能性の高いものと見なされています。代替の「世界」はたくさんありますが、それらはしばしばフォールバック理論、空想的または気まぐれな思考実験の飛行と見なされます.
その主な理由は、理論化はさておき、RNA の世界は、どの競合他社よりもはるかに多くの実験的証拠によって強化されているからです。先月、Quanta Magazine は、RNA ではなくタンパク質のような分子が惑星の最初の自己複製因子であった可能性があることを示唆する別の理論について報告しました。しかし、その発見は純粋に計算によるものでした。研究者たちは、彼らの主張の裏付けを求める実験を始めたばかりです.
現在、2 人の研究者が別の理論を発表しました。今回は RNA とペプチドの共進化に関するもので、RNA の世界の支配を揺るがすことを望んでいます。
RNA が不十分だった理由
Biosystems に掲載された最近の論文 および分子生物学と進化 RNAワールド仮説がその後の進化の出来事に十分な根拠を提供しない理由を説明しました。その代わりに、ノースカロライナ大学チャペルヒル校の構造生物学者で論文の共同執筆者であるチャールズ・カーターは、モデルは「適切な提案」を表していると述べた。 「私たちが現在生命の一部として特徴付けている必要なプロセスのすべてを単一のポリマーが実行できる方法はありません」と彼は付け加えました.
そして、彼のチームの研究によると、その単一のポリマーは確かに RNA ではあり得ませんでした。分子に対する主な異議は触媒作用に関するものです。いくつかの研究は、生命が定着するために、謎のポリマーが化学反応の速度を調整する必要があったことを示しています。 RNAが前生物の世界で何らかの形でこれを行うことができたとしても、触媒としてのその能力は、初期の地球に豊富にあった摂氏約100度の灼熱の温度に適応していたでしょう.地球が冷え始めると、RNA は進化して同期の仕事を続けることができなかったと Carter は主張します。やがて、化学反応の交響曲は混乱に陥るでしょう。
おそらく最も重要なことは、RNA のみの世界では、今日のほぼすべての生物が遺伝情報をタンパク質に変換するために使用する遺伝暗号の出現を説明できなかったということです。このコードは、64 の可能な 3 ヌクレオチド RNA 配列のそれぞれを取得し、それらをタンパク質の構築に使用される 20 のアミノ酸の 1 つにマッピングします。ニュージーランドのオークランド大学のカーターの共著者であるピーター・ウィルズは、それを行うのに十分な堅牢なルールのセットを見つけるには、RNA だけでは非常に時間がかかりすぎるだろうと述べた。ありそうもない。 Wills の見解では、RNA はそれ自身の形成を触媒することができ、それを「化学的反射性」にすることができたかもしれませんが、彼が「計算上の反射性」と呼んだものを欠いていました。
「生物が遺伝子情報を利用するのと同じように情報を利用するシステムには、自分自身の構成要素を合成するための情報が含まれている必要があります」と Wills 氏は述べています。彼は、再帰情報を「システムによってデコードされると、その特定のデコードを正確に実行するコンポーネントを作成する」情報と定義しました。 RNAワールド仮説のRNAは、その化学を制御する手段がないため、単なる化学であると彼は付け加えた. 「RNA の世界は遺伝学について何も教えてくれません」と彼は言いました。
自然は別のルート、つまり遺伝暗号への近道を見つけなければなりませんでした。カーターとウィルズは、その近道を発見したと考えています。それは、RNA だけからではなく、ペプチド-RNA 複合体から発達したタイトなフィードバック ループに依存しています。
混合物へのペプチドの導入
Carter は 1970 年代半ばに、ほとんどのタンパク質に見られる特定の構造が「右利き」であることを大学院で学んだときに、その複合体のヒントを見つけました。つまり、構造内の原子は 2 つの同等の鏡像配置を持つことができますが、構造はすべて 1 つだけを使用します。 DNA と RNA を構成する核酸と糖のほとんども右利きです。 Carter は、RNA とポリペプチドを相補的な構造と考えるようになり、「手袋をはめた手のように、互いのために作られた」複合体をモデル化しました。
これは、RNA とポリペプチドの間の情報交換の基礎となる基本的な種類のコーディングを意味していました。彼は、はるかに洗練された現代の遺伝子コードからさかのぼって、それがどのように見えるかをスケッチしようとしていました。 1986 年に造語された RNA の世界が注目を集めたとき、カーターは「私はかなり興奮していました」と認めました。彼は、10 年前に提案されたペプチド-RNA の世界が完全に無視されたと感じていました.
それ以来、彼、ウィルズ、および他の人々は、その研究にまでさかのぼる理論に協力してきました。彼らの主な目標は、今日のより具体的で複雑な遺伝子コードの前にある非常に単純な遺伝子コードを解明することでした。そこで彼らは、計算だけでなく遺伝学にも目を向けました。
彼らの理論の中心にあるのは、アミノアシル tRNA 合成酵素と呼ばれる 20 の「ローディング」分子です。これらの触媒酵素は、RNA が遺伝暗号の規則に従って特定のアミノ酸と結合することを可能にします。南アフリカのステレンボッシュ大学の生化学者である Jannie Hofmeyr 氏は、「ある意味では、遺伝暗号は活性部位の特異性に「書かれている」と述べています。彼はこの研究には関与していませんでした。
以前の研究では、20 種類の酵素が、その構造と配列に基づいて 10 個ずつ 2 つのグループに均等に分類できることが示されました。これら2つの酵素クラスは、相互に排他的なアミノ酸をコードする特定の配列を持っていることが判明しました. Carter、Wills らは、このシナリオでは、RNA が 2 つのルールのセットを使用して (つまり、2 種類のアミノ酸のみを使用して) ペプチドをコードしていることを発見しました。結果として得られたペプチド生成物は、翻訳プロセスを支配する規則そのものを強制することになり、研究者が知っていたタイトなフィードバック ループが理論の要となる.
ゲーデルの定理と生命の化学
カーターは、この種のループと、哲学者で数学者のクルト・ゲーデルによって記述された数学的ループとの間に強い類似点があると考えています。その「不完全性」定理は、それ自体を表現できる論理システムでは、真または真であると証明できないステートメントが必然的に発生すると述べています。そのシステム内では false です。 「ゲーデルの定理との類似性は、必然性について非常に強力な議論を提供すると信じています」とカーターは言いました。
最近の論文で、Carter と Wills は、彼らのペプチド-RNA ワールドが、RNA だけでは説明できない生命の起源の歴史のギャップを解決することを示しています。 「それらは、ペプチドと RNA が最初から遺伝暗号の起源に共同で関与していたこと、および代謝、転写と翻訳による構築、および複製が共進化したに違いないという確固たる理論的および実験的証拠を提供します。」
もちろん、Carter-Wills モデルは遺伝コードから始まります。その存在は、トランスファー RNA やローディング酵素などの分子が関与する複雑な化学反応を前提としています。研究者たちは、提案されたシナリオに至るまでの出来事には、RNA とペプチドの相互作用が関与していたと主張しています (たとえば、カーターが 1970 年代に説明した複合体)。しかし、その提案は、その化学がどのように始まったのか、どのように見えたのかについて、まだ多くの未解決の問題を残しています.
これらの質問に答えるために、RNA の世界をはるかに超えた理論がたくさんあります。実際、一部の科学者は、カーターとウィルズのアプローチとは正反対のアプローチを取っています。代わりに、生命の初期段階は、今日見られる種類の化学に似たものから始める必要はなかったと考えています。イスラエルのワイツマン科学研究所のゲノミクス研究者である Doron Lancet は、さまざまな分子の出入りを触媒する脂質の集合体に基づく別の理論を仮定しています。情報は遺伝子配列によってではなく、そのような集合体の脂質組成によって運ばれます。
Carter と Wills によって提案されたモデルと同様に、Lancet のアイデアには 1 つのタイプの分子ではなく、膨大な種類の分子が含まれます。 「ますます多くの証拠が蓄積されています」とランセットは言いました。陪審員は、生命の起源で実際に何が起こったのかについてまだ結論を出していませんが、流れは RNA だけに捧げられた話から離れているようです.
「RNA ワールド バスケットには、卵の数個だけを入れるべきです」と Hofmeyr 氏は述べています。
