Skarp kritik af RNA-verden i Trends in Ecology & Evolution

Alt liv er afhængig af en fundamental arbejdsdeling mellem de molekyler, som cellen består af: DNA-molekylet, der er opbygget af nukleotider, er det genetiske materiale og koder for den information, der er nødvendig for at cellen kan leve og reproducere sig. Og proteiner, der består af aminosyrer, aflæser denne information og udfører de funktioner, som cellen er afhængig af. Med et computerudtryk kan man kalde DNA’et for cellens software og proteinerne for dens hardware.

Denne arbejdsdeling udgjorde længe et markant problem for naturalistiske modeller for livets oprindelse, og er blevet omtalt som et “kyllingen og ægget”-dilemma. Uden proteiner til at afkode det er DNA et inaktivt molekyle, og uden DNA har proteinerne ikke den nødvendige information til at producere nye proteiner. Så hvilken af delene opstod først, hvis ingen af delene fungerer uden den anden?

RNA-verden som løsning?

Den såkaldte RNA-verden hypotese er blevet set som en løsning på dette dilemma. RNA minder i sin kemi om DNA, men modsat DNA er RNA enkeltstrenget og indeholder basen uracil i stedet for thymin. RNA er desuden i stand til at katalysere reaktioner, ligesom proteiner, og kan fungere som genetisk materiale, ligesom DNA.

I RNA mente man således at have en løsning på “kylling og ægget”-dilemmaet: Måske bestod det tidlige liv af selvreproducerende RNA-molekyler, såkaldte ribozymer, der både havde genetiske og katalytiske egenskaber; kylling og æg i ét.

Forgæves jagt på selvreplikerende RNA

RNA-verden har dog selv en række problemer. I en artikel i maj-nummeret af fagtidsskriftet Trends in Ecology & Evolution formulerer forskerne Barnard Piette og Jonathan Heddle en skarp kritik af hypotesen (Piette & Heddle, 2020).

Selvreproducerende RNA-molekyler eksisterer nemlig kun på papiret; det er efter mange år endnu ikke lykkedes at konstruere et RNA-molekyle, der kan kopiere sig selv uden proteiner. Og de RNA-molekyler, der udviser lovende egenskaber, er alt for lange til at være opstået spontant.

Det nyeste gennembrud er ifølge Piette og Heddle et RNA-molekyle, der kan kopiere andre, kortere RNA-molekyler. RNA-molekylet er næsten 200 nukleotider langt, og udover, at det ikke kan kopiere sig selv, er det også alt for langt til at være spontant opstået på den prebiotiske Jord.

Som de to forskere skriver: “For at sammenfatte, hvis et selvreplikerende ribozym-polymerase kun bestående af RNA skulle vise sig at være muligt, kan det vise sig at være for langt og komplekst til at være opstået som [den første darwinistiske forfader]” (s. 401).

“Svært at forestille sig en gradvis overførsel”

Et andet problem er overgangen fra et system udelukkende bestående af RNA til et system bestående af DNA, RNA og proteiner. Et selvreplikerende RNA-molekyle ville være underlagt naturlig selektion, der ville søge at forbedre RNA-molekylets selvreplikeringsevner. Og RNA-molekylet ville, som et uafhængigt selvreplikerende molekyle ikke have behov for at interagere med proteiner eller DNA. “Dette gør det svært at forestille sig en gradvis overførsel af disse funktioner [dvs. henholdsvis katalytiske og genetiske funktioner] til dem,” skriver to de forskere og fortsætter:

“Hvordan kunne [evnen til at] kode for aminosyresekvenser i RNA opstå i et ribozym, hvis sekvens er optimeret for ribozym-selvreplikerende funktioner? Enhver ændring, der kodede for et nyttigt protein, ville antageligvis mindske ribozymets effektivitet. Det virker usandsynligt, at den sekvens, der giver nyttig ribozym-funktionalitet tilfældigvis også skulle kode for et funktionelt protein, der øger ribozymets evne til at selvreplikere og overleve.” (s. 400, min fremhævelse)

Ifølge Piette og Heddle er der ingen vej udenom at måtte konkludere, at det første liv bestod af både RNA og proteiner, hvor proteinet kopierede RNA-molekylet og RNA-molekylet kopierede proteinet.

Design som et non-reduktionistisk perspektiv

Fra et designperspektiv er det naturligt at se organismer som integrerede helheder, hvor bestanddelene hver især skal forstås i kraft af den rolle, de spiller for helheden. Ud fra dette perspektiv er problemerne med RNA-verden ikke overraskende og skyldes, at hypotesen er baseret på en fundamentalt fejlagtig tilgang.

Forestil dig, at du tager en celle, f.eks. en bakterie af typen Escherichia coli (E. coli blandt venner) og placerer den i en petriskål med sterilt vand. Forestil dig, at du herefter ødelægger bakteriens cellemembran, så cellens bestanddele diffunderer ud i petriskålen.

Du har nu en petriskål, der indeholder alle de bestanddele (DNA, RNA, proteiner og lipider), som en celle består af. Men du har ikke længere en celle, og bestanddelene bliver ikke til en celle igen, uanset hvor længe du venter. Det, der er gået tabt, er ikke fysisk eller materielt, men relationelt – den struktur og kontekst, hvori cellens bestanddele interagerede med hinanden.

Naturalistiske forsøg på at forklare livets oprindelse gennem en reduktion af livet til mindre bestanddele – hvad enten det er RNA-verdens selvreplikerende RNA-molekyle eller Piette og Heddles blanding af RNA og proteiner – er således dømt til at slå fejl.

Referencer

Piette B.M.A.G. & Heddle J.G., 2020, “A Peptide–Nucleic Acid Replicator Origin for Life”, Trends in Ecology & Evolution 35(5):397-406. https://doi.org/10.1016/j.tree.2020.01.001