Náttúrufræðingurinn - 2004, Blaðsíða 47

Tímarit Hins íslenska náttúrufræðifélags
lífsins komst á milli kimaþrennda
og amínósýra hafi verið tilviljunar-
kennd eða átt sér efnafræðilegar
forsendur.23,15
Smám saman hafa prótínin, sem
fyrst voru lítils megnug, leyst
ríbósímin af hólmi sem hvata
efnahvarfa.
DNA SEM ERFÐAEFNI
Þegar hér var komið sögu var eflaust
skammt í það að DNA tæki við
hlutverki RNA sem erfðaefni. Að
líkindum hefur DNA fyrst verið
myndað sem afrit af RNA-sameind-
um lífvísisins og afritunin hvötuð af
prótíni með svipaða sérvirkni og
víxlritar víxlveira. Ef til vill hefur
RNA-fjölliðari lífvísisins í fyrstu
annast þetta starf. Því næst hefur
þróast aðferð til að eftirmynda DNA
sérstaklega, en einnig hefur þurft að
vera hægt að umrita það yfir í RNA
sem nota mátti sem mót við prótín-
smíð, þ.e. sem mRNA. Áður hafði
RNA-erfðaefnið sjálft verið notað
sem mót við prótínsmíð. Stærsti
ávinningurinn við umskiptin var
stöðugleiki DNA.
Það er ekki víst að yfirtaka DNA á
hlutverki erfðaefnis hafi þurft að
taka langan tíma. Það er a.m.k. ljóst
að hún var ekki líkt því eins marg-
slungin og tilurð prótínsmíðar.
Margs er þó að gæta. RNA-erfðaefni
lífvísisins hefur sennilega verið í
mörgum bútum en DNA-afrit þess
hafa smám saman safnast í langar
keðjur eða litninga sem skipst hafa í
starfseiningar, gen. Eftirmyndun
DNA-keðja hefur verið ónákvæm í
upphafi en hún hefur orðið ná-
kvæmari eftir því sem sérstakt
DNA-fjölliðunarkerfi þróaðist. í
nútímafrumum eru slík kerfi geysi-
lega margbrotin og nákvæmni
þeirra með ólíkindum, eins og áður
var nefnt. Nákvæmnin er til vamar
gegn stökkbreytingum, en það væri
lífverunum þó ekki í hag að koma
alveg í veg fyrir þær. Það er heldur
ekki gert. Einnig hefur aðferð um-
ritunar verið fullkomnuð. Grann-
skipulag umritunar er þó enn þann
dag í dag tiltölulega einfalt, en til
viðbótar geta komið margs konar
stjómþættir sem stilla umritun eftir
þörfum frumunnar.
Litningaskipulag og regluföst
eftirmyndun erfðaefnis eru for-
sendur frumuskiptinga þar sem
tryggt er að dótturfrumur fái allt
erfðaefni móðurfmmu í sinn hlut.
Þar með vom komnar fram á sjónar-
sviðið eiginlegar fmmur, þótt fmm-
stæðar væm og ættu eftir að taka
miklum breytingum. Líf líkt því sem
við þekkjum.
Eftirleikurinn
Þegar komnar voru fram frumur
sem höfðu stöðugt erfðaefni og
gátu framleitt ýmiss konar prótín,
má búast við að þróun hafi verið
hröð.24 Genum hefur fjölgað við
tvöföldun þeirra sem fyrir voru og
mismunandi sérhæfingu þeirra
eftir tvöföldunina. Að sama skapi
hefur prótínum fjölgað, enda fjöl-
margra nýrra prótína eflaust þörf.
Vegna ónákvæmni í eftirmyndun
DNA hafa stökkbreytingar í genum
verið mun tíðari en nú gerist og
margvísleg afbrigði prótína hafa
myndast og verið reynd í tilrauna-
smiðju þessara fyrstu frumna.
Megindrættir frumustarfs höfðu
verið markaðir og hafa lítið breyst
síðan.
Að vísu er nú verulegur munur á
skipulagi dreifkjarnafrumna og
heilkjarnafrumna en eftirmyndun
DNA, umritun gena og prótín-
myndun fara fram með mjög
svipuðum hætti í báðum frumu-
gerðum. Reyndar er dreifkjörnung-
um nú skipt í tvö fjarskyld veldi,
raunbakteríur og fornbakteríur.
Heilkjörnungar eru þriðja veldi
lífheims.25 Greiningin í þessi veldi
hefur gerst eftir að þróun prótín-
myndunarkerfisins var mjög langt
á veg komin. Svipað má segja um
ensím umritunar, en ýmislegt
bendir til þess að ensímkerfi DNA-
eftirmyndunar hafi enn verið í
mótun þegar þróunarbrautir þess-
ara þriggja velda aðskildust.26 Víst
er að allar þekktar lífverur búa nú
við sama grunnskipulagið - þar
sem DNA gegnir hlutverki erfða-
efnis, RNA hefur milligöngu við
tjáningu erfðaboða og fjölbreytileg
prótín annast flest störf frumunnar.
Samantekt
Eins og fram hefur komið hér að fra-
man er það einkum þrennt sem
styður tilgátuna um RNA-skeiðið í
forsögu lífsins. Hið fyrsta er að líf-
efnafræðileg rök benda til þess að
RNA hafi komið fram á undan
DNA. I annan stað hefur sannast að
RNA-sameindir, ríbósím, hvata viss
mikilvæg efnahvörf í nútíma-
frumum og fjölbreyttari ríbósím hafa
fengist með vali á virkum kjam-
sýmröðum. Loks bendir margt til
ævaforns uppruna ýmissa helstu
RNA-sameinda nútímalífvera, t.d.
bæði rRNA- og tRNA-sameinda.
Tilgátan um tímabil í sögu lífsins þar
sem RNA gegndi bæði hlutverki
erfðaefnis og lífhvata verður því að
teljast nokkuð sannfærandi.
Afar margt er samt óvíst um
RNA-skeiðið. Sá sem þetta ritar telur
að vart hafi verið um burðugt líf að
ræða og vill því tala um lífvísa frekar
en líf. Þótt gera verði ráð fyrir að
lífvísarnir hafi verið umluktir
himnu, sem þeir hafi ef til smíðað
sjálfir, er mjög óvíst um umfang
efnaskipta. Það hefur oltið á fjöl-
breytni ríbósíma en hugsanlega
hefur lífvísirinn fengið mikið af
nauðsynlegum lífefnum úr um-
hverfi sínu. Ekki er ólíklegt að stakar
amínósýrur eða jafnvel stutt peptíð
hafi komið við sögu sem hjálpar-
þættir ríbósíma. RNA-sameindir
hafa líklega ekki verið tengdar
saman í litninga og skiptingar líf-
vísanna hafa verið með óreglulegu
sniði.
Mikil bylting hefur orðið þegar
lífvísunum lærðist að búa til prótín.
Hugsanlegt er að gruimur að prótín-
myndunarkerfinu hafi verið lagður
af RNA-eftirmyndunarkerfi lífvís-
anna. Bæði tRNA-sameindir og
rRNA-sameindir ríbósóma kunna
að vera eins konar sameindastein-
gervingar úr eftirmyndunarkerfinu,
þótt miklar breytingar hljóti að hafa
orðið á starfsemi hvorra tveggja í
tímans rás. Fyrstu peptíðkeðjumar
hafa að líkindum verið stuttar,
45