Mida on molekulaarbioloogia evolutsioonis unarusse jätnud

Ma vabandan selle essee alapealkirja pärast ansamblile R.E.M., kuigi neil on omamoodi oma nime nii tähtsale une staadiumile laenata.

Hispaania molekulaarbioloog Victor de Lorenzo (2014; ajakirjas Bioessays ) on väitnud, et molekulaarbioloogia keskne dogma "DNA paneb RNA-st valku tegema" (lk 226) eirab "iseka ainevahetuse" tähtsust. Viimane on tema hüpotees, et DNA-d sisaldavate organismide peamine evolutsiooniline tõukejõud ei ole nende DNA paljunemine ja laiendamine oma keskkonnas, vaid nende keemiliste maastike uurimine ja kasutamine. Ainevahetust soodustavate kemikaalide asukoht ja järgnev kasutamine aitab kindlustada nende ainevahetusprotsesse, mis aitab seejärel kindlustada nende replikatsiooni ja DNA laienemist geenivaramus.

Siiski tekib paradoks: molekulaarbioloogia keskendumisel DNA-le näib olevat viga vähemalt evolutsioonilisest vaatenurgast. DNA-d võib pidada RNA kahe ahela modifitseeritud versiooniks, kuna on ebatõenäoline, et RNA ja DNA arenesid eraldi. Seega peab RNA olema evolutsiooniajal DNA-le eelnenud. Viimast ideed tuntakse kui RNA maailma hüpoteesi, see tähendab, et ürgrakkudes, mida nimetatakse prokarüootideks, salvestas ainult RNA nii geneetilist teavet kui ka katalüüsis nende keemilisi reaktsioone. Huvitav on see, et fossiilsed tõendid näitavad, et prokarüootid ilmusid umbes 3,9 miljardit aastat tagasi. Lisaks on huvitav arusaam, et RNA on püsinud, nii et mõte, et seda võib võrrelda elu päritolu fossiilidega, on intrigeeriv. Samuti leian, et prokarüootide idee ilmumine on provotseeriv, kuna maa ise on vaid 4,567 miljardit aastat vana. Seega olid uskumatult keerulised rakud, mille tsütoplasmat ümbritsevad rakuseinad, RNA, keemilised retseptorid ja mehaanilised retseptorid (takistuste avastamiseks), ja lipud, mis juhtisid liikumisi kemikaalide ja esemete suunas ja neist eemal, olid paigas vaid pool miljardit aastat (või nii ) pärast maa moodustumist! Kuigi pool miljardit aastat võib tunduda kaua aega, ei pruugi see anda Maa mitme miljardi aasta pikkust ajalugu. Kuidas siis kogu see evolutsioon nii lühikese aja jooksul toimus? Üks väga provokatiivne idee on see, et prokarüootid ei arenenud ... maa peal. See tähendab, et nad pärinesid komeedist või meteoriidist. Muidugi viib see ikkagi küsimuseni, kuidas need keerulised eluvormid komeedis või meteoriidis arenesid ja kinni jäid ning millised olid nende evolutsiooni algtingimused kõikjal, kus nad arenesid?

Kuid tagasi RNA maailma hüpoteesi juurde: teadaolevalt koosneb RNA ainult neljast nukleotiidist, adeniinist (A), uratsiilist (U), tsütosiinist (C), guaniinist (G) [märkus: DNA-s muutub uratsiil tümiiniks (T), metüülimisprotsessi kaudu]. Kuid RNA ei tärganud, kasvades täielikult välja, just nende nelja nukleotiidiga, nagu Athena Zeusi otsaesiselt!

Tundub, et isegi RNA maailma hüpoteesijad kipuvad tähelepanuta jätma, et RNA-eelne keskkond pidi olema erinevate nukleotiidide moodustamiseks vajalikest kemikaalidest. Lisaks pidid need kemikaalide ja molekulide afiinsused ja mittesobivused põhinema veelgi põhilisematel keemilistel ja aatomilistel sidemetel. Seega olid esialgsed isekomplekteeruvad molekulid, mis moodustasid eelnukleotiidid, ja neli viimast nukleotiidi, mis lõid RNA esimesed ahelad, juba esialgsete keemiliste-aatomiliste eelistuste abil.

Siin tõuseb veel üks oluline küsimus: kas need esialgsed eeldused allusid Darwini looduslikule valikule? Kui mittesotsiatiivne õppimine, mis koosneb harjumusest ja sensibiliseerimisest, on evolutsiooniliselt vanem kui assotsiatiivne õppimine (klassikaline ja operantne tingimus), kas mitte-assotsiatiivne õppimine oli algeliste keemiliste maastike uurimise ja kasutamise alus?

Ehkki de Lorenzo keskendus oma põhitähelepanu DNA-le, oli arvatavasti tema isekas ainevahetuse hüpotees kohaldatav nukleotiidide keemiliste prekursorite ja nukleotiidivormide suhtes, mis ei jõudnud RNA-d määratlema hakanud "nelja viimase" hulka. Võib oletada, et need teised nukleotiidivormid ja muud komplekssed molekulid RNA-eelses maailmas ei suutnud püsida ja laieneda, kuna nad ei suutnud uurida ja kasutada nii oma keemilisi maastikke kui ka nelja viimast nukleotiidi. Seega näib molekulaarbioloogia keskne dogma (DNA kodeerib RNA, RNA kodeerib valke) evolutsioonilisest vaatepunktist mööda, et 1) RNA peab olema eelnenud DNA-le, 2) nukleotiidide molekulaarsed eelkäijad põhinesid keemilisel ja aatomilisel afiinsusel ja disafiinsusel 3) enne nelja viimase koosseisu ja selle koostamise ajal peab olema muid nukleotiide, 4) uute keemiliste maastike uurimise ja kasutamise oskus oli kogu nende arengus kriitiline juhtiv tegur ja 5) see keemiliste maastike uurimine võib on olnud Darwini loomuliku valiku objektiks ja neid võisid läbi viia mittesotsiatiivse õppimise kaks tüüpi, st harjumine ja sensibiliseerimine (või nende õppevormide keemilised-aatomilised prototüübid). Seega võis molekuli uute keemiliste maastike uurimisel olla kriitiline ignoreerida ebaolulisi stiimuleid (harjumus) ja olla tundlik asjakohaste stiimulite suhtes (sensibiliseerimine).

Professor Frederick L. Coolidge on Colorado Springsi Colorado ülikooli kognitiivse arheoloogia keskuse kaasdirektor. Keskus pakub veebikursusi ja tunnistusi kognitiivses arheoloogias. Võtke ühendust aadressil [email protected].