Náttúrufræðingurinn - 2003, Qupperneq 72

Náttúrufræðingurinn
efnis, hafi verið fyrsta eða eitt af allra
fyrstu skrefunum í átt til lífs, og er þá
oftast talið líklegast að þessar sam-
eindir hafi verið kjarnsýrur. I þeim
síðari er því hins vegar haldið fram
að efnaskipti hafi komið til og náð
góðri fótfestu áður en eftirmyndun-
arsameindir komu til sögunnar. Við
getum til hægðarauka talað um eftir-
myndunarkenningar annars vegar
og efnaskiptakenningar hins vegar.
Þrátt fyrir mismunandi áherslur
þurfa kenningar af báðum flokkum
að sjálfsögðu að gera grein fyrir upp-
runa bæði erfðaefnis og efnaskipta.
Þeir sem aðhyllst hafa eftirmynd-
unarkenningar hafa gert því skóna
að fyrstu vísarnir að lífi hafi notfært
sér lífrænar sameindir sem safnast
höfðu fyrir, helst í frumhöfunum.
Sumir efnaskiptasinnar vilja líka
treysta á þennan forða en aðrir halda
því fram að fyrstu lífvísamir hafi
verið algerlega óháðir honum, ef
hann hafi þá verið til, og að hið
fyrsta líf hafi verið fmmbjarga.
Ég mun hér á eftir fyrst greina frá
eftirmyndunarkenningum en síðan
frá tveimur ólíkum tilgátum þar sem
efnaskipti em í fyrirrúmi.
Erfðaefni í öndvegi
Eftir að Stanley Miller hafði birt nið-
urstöður sínar árið 1953 og kenning-
in um mjög afoxandi andrúmsloft
fmmjarðar þótti sannfærandi, töldu
margir að sennileg skýring á upp-
mna lífsins væri á næsta leiti. Menn
hölluðust að því að á fmmjörð hefði
verið gnótt lífrænna sameinda og í
fmmsúpunni hefðu sjálfkrafa mynd-
ast eftirmyndandi kjarnsýrusam-
eindir, vísar að erfðaefni nútímalíf-
vera. Eftirmyndun kjarnsýranna
hlaut í fyrstu að hafa verið háð bygg-
ingarefnum sem fyrir vom í fmm-
súpunni. Þar þurftu því að hafa ver-
ið kirni sem hentuðu til smíði
kjarnsýra. Það hlaut þó fljótlega að
valda vissum áhyggjum að kimi em
langt frá því að vera einfaldar sam-
eindir. Þau em sett saman úr nitur-
basa (púríni eða pýrimidíni), sykm
og fosfati. I nútímalífvemm em það
alltaf þrífosföt kirnanna sem em not-
uð við smíði kjarnsýmsameinda. Sú
skoðun virðist hafa verið ríkjandi að
eftirmyndun slíkra sameinda hafi
getað hafist í opnu kerfi án umlykj-
andi himnu. Síðar hafi eiginleg efna-
skipti hafist og himna komið til sög-
unnar. Sumir sérfræðingar aðhyllast
enn þessa skoðun (Zubay 2000).
Kenning um upphaf og þróun eftir-
myndandi sameinda hefur verið
rækilega útfærð af þýska eðlisefna-
fræðingnum Manfred Eigen (Eigen
o.fl. 1981).
Hugsanlegt er að fyrstu skref
efnaskipta hafi farið fram án atbeina
sérvirkra efnahvata (Lazcano og
Miller 1999), en að því hlaut að koma
að þeirra væri þörf. Hlutu þeir ekki
að hafa verið prótín? Sumir héldu
jafnvel að prótín hefðu komið til sög-
unnar á undan kjamsýmnum. En
prótín eftirmyndast ekki og gátu
varla hafa verið sérhæfð til hvötunar
eða annarra starfa fyrr en þau vom
mynduð undir stjórn kjarnsýra líkt
og í nútímafrumum. Prótínmyndun
undir stjórn kjarnsýra er hins vegar
afar flókið ferli sem getur ekki hafa
verið starfrækt í fyrstu lífvísunum.
Þetta var flestum Ijóst um 1960 þeg-
ar meginatriði prótín- og kjamsým-
smíðinnar höfðu verið upplýst. Það
var hins vegar ráðgáta hvernig líf-
vísarnir hefðu getað komist af án all-
sérvirkra efnahvata.
Það var mörgum áhugamönnum
um uppmna lífs því mikill léttir þeg-
ar bandarísku vísindamennirnir
Thomas R. Cech og Sidney Altman
sýndu fram á að RNA-sameindir
geta haft hvötunarvirkni (Guerrier-
Takada o.fl. 1983, Kmger o.fl. 1982).
Slíkar RNA-sameindir em kallaðar
ríbósím. Ríbósím em í ákveðnum til-
vikum notuð til að klippa á tengi í
RNA-sameindum og tenging amínó-
sýra í peptíðkeðjur virðist vera hvöt-
uð af svonefndri 23S rRNA-sameind
ríbósóma. Þekkt náttúmleg ríbósím
em fá en þau gegna mikilvægum
hlutverkum (Joyce 2002).
Uppgötvun ríbósíma bauð heim
þeirri tilgátu að í upphafi hafi RNA
verið bæði erfðaefni og helsta hvöt-
unarsameindin. Það hafi hvatað eig-
in eftirmyndun og líka ýmis efna-
hvörf efnaskipta. Prótín þyrftu ekki
að hafa komið til sögunnar fyrr en
RNA-lífvísinum tókst að búa þau
til á RNA-móti og gerð þeirra varð
þar með arfbundin. Menn greinir
hins vegar mjög á um hversu langt
lífvísar hafi getað náð undir stjórn
RNA-sameinda. Telja má hæpið að
eiginlegar frumur með reglufastri
frumuskiptingu hafi komið fram á
þessu stigi (Woese 2002). En það er
ýmislegt í fari nútímafrumna sem
styður þá kenningu að RNA hafi
komið til sögunnar á undan DNA
og verið helsta stórsameindin á
ákveðnu stigi í þróun lífsins. Um þá
kenningu verður fjallað nánar í
annarri grein.
A hinn bóginn hefur reynst afar
erfitt að skýra uppruna RNA-sam-
einda. Að dómi sumra sérfræðinga
væri það nánast kraftaverk ef þær
hefðu myndast sjálfkrafa á frumjörð.
I fyrsta lagi hefur ekki verið hægt að
sýna fram á myndun kima, sem em
byggingareiningar kjarnsýra, við lík-
leg skilyrði fmmjarðar, í öðm lagi er
ólíklegt að kirnin hafi, ef til vom, get-
að safnast sjálfkrafa saman í reglu-
legar kjamsýmkeðjur og í þriðja lagi
hefðu slíkar keðjur að öllum líkind-
um verið mjög óstöðugar og ending-
arlitlar í vatnslausn. Stungið hefur
verið upp á því að önnur stöðugri
eftirmyndunarsameind hafi verið
undanfari RNA sem erfðaefni og
hafa nokkrar verið nefndar til sög-
unnar (Joyce 2002). Tilgátur um slík-
ar sameindir hafa verið settar fram
en engin þeirra getur talist mjög
sannfærandi (Orgel 1998).
Kenningar sem hafa eftirmynd-
un sem eitt allra fyrsta skrefið í átt
til lífs gera kröfur um mikið fram-
boð lífrænna sameinda á frumjörð,
sérstaklega framboð á byggingar-
efnum eftirmyndandi sameinda.
Auk þess kröfur um sjálfkrafa sam-
söfnun þeirra í keðjur í opnu kerfi.
A síðari árum hafa slíkar kenningar
sætt harðnandi gagnrýni (Shapiro
2000).
EFNASKIPTI á undan
EFTIRMYN DUN?
í nokkmm kenningum um uppmna
lífs er því haldið fram að efnaskipti
hafi náð að þróast að vissu marki
148