Var det her Jordens første liv?

Hvordan opstod liv her på Jorden?

Det spørgsmål har forskere kæmpet med i mange år, og de gør det stadig i dag.

Mange forsker i, hvordan biologiske molekyler som små stykker genetisk kode og proteiner kan være blevet dannet ved rent kemiske reaktioner mellem atomer og mindre molekyler.

Der bliver forsket lige så intensivt i at finde ud af, hvordan den sidste fælles forfader til alt liv - altså den allerførste celle - så ud.

Alligevel er der et hul i forskernes forståelse af udviklingen fra små vildfarne biologiske molekyler i en ursuppe til det minimum af egenskaber, som selvreplikerende celler trods alt må besidde. Her snakker vi om evnen til at opbevare og oversætte genetisk information, metabolisme til at holde maskineriet kørende og en cellemembran, der holder sammen på hele pivtøjet.

I den sammenhæng er forskere delt i to lejre:

1. Den ene lejr mener, at arvemateriale og evnen til at kopiere arvemateriale må være udviklet først.
   
2. Den anden lejr mener, at metabolisme og evnen til at lave proteiner og sukre må være kommet først.

Ny teori fra Aarhus kan muligvis forklare 'hul'

En forsker fra Aarhus Universitet har dog en ny og meget anderledes teori.

Postdoc Meredith Root-Bernstein fra Institut for Bioscience tror, at de første celler opstod omkring selvreplikerende ribosomer (se faktaboks), og at arvematerialet og metabolisme opstod sideløbende.

»Det kan være med til at forklare det hul, som findes mellem et miks af komplekse kemikalier og egentlige celler. Ribosomerne er mere komplekse end en vilkårlig blanding af kemikalier, men de er samtidig langt mindre komplekse end cellerne,« forklarer Meredith Root-Bernstein.

Meredith Root-Bernsteins teori er for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift 'Journal of Theoretical Biology'.

Ribosomer havde super RNA

Ribosomer er i dag en enhed i cellerne, der laver genetisk information om til proteiner. Til det benytter de RNA og proteiner i forskellige afskygninger og med forskellige funktioner.

En gang var ribosomerne dog meget mere end bare dele af celler. De kom faktisk før cellerne, og ifølge Meredith Root-Bernstein var ribosomerne på et tidspunkt for mange milliarder år siden autonome og selvreplikerende enheder, der bar rundt på deres egen genetiske information i form af 'super RNA'.

Dette super RNA besad alle de egenskaber, som de forskelige typer RNA besidder i dag. Det vil sige, at de både kunne indeholde:

• genetisk information
• agere som et strukturmolekyle og
• hjælpe til med at oversætte genetisk kode til proteiner

Fortids-ribosomet havde på den måde alle de egenskaber, der skulle til for at varetage ribosomets interesser. Det kunne både lagre genetisk information og oversætte det til blandt andet proteiner.

Ribosomer var bindeled

Hvis ribosomer engang var selvreplikerende enheder af proteiner med 'super-RNA', kan de ifølge Meredith Root-Bernstein være bindeleddet mellem vilkårligt opståede biologiske molekyler og cellulært liv.

Cellulært liv blev altså ifølge teorien ikke udviklet omkring arvematerialet, men arvematerialet, cellemembranen og alle andre cellefunktioner udsprang som et evolutionært tiltag til at støtte op om ribosomerne.

»Det ændrer perspektivet og revolutionerer vores forståelse af ribosomernes struktur, funktion og evolutionære betydning,« forklarer Meredith Root-Bernstein.

Kollega er ikke overbevist

Postdoc Kasper L. Andersen forsker i netop ribosomer og RNA ved Institut for Cællulær og Molekylær Medicin på Københavns Universitet.

Kasper L. Andersen har ikke deltaget i det nye studie, men har læst det. Han mener, at studiet er både originalt og interessant, og han er også selv overbevist om, at en forløber til moderne ribosomer spiller en stor rolle i udviklingen af de første celler.

Han er dog alligevel ikke sikker på, at forskernes teori holder vand, og han vil gerne se flere beviser på teorien, før han køber den.

»Jeg mener ikke, at forskernes argumenter er tilstrækkelige i deres nuværende form. Der skal meget stærkere beviser på bordet, før jeg køber ideen om, at alle funktioner af nutidens RNA skulle være indeholdt i samme ribosomale super RNA. Det er virkelig mange begrænsninger, som skal overkommes, hvis de forskellige typer RNA's genetiske kode skal være i den samme sekvensstrækning,« siger Kasper L. Andersen.

Kasper L. Andersen mener også, at teorien er i direkte modstrid mod etablerede ideer om, hvordan ribosomer er blevet udviklet. Disse ideer går ud på, at ribosomer stammer fra små simple RNA-enzymer, der langsomt er blevet større og større og ikke fra et ribosom med super-RNA.

DNA vil ikke blive kopieret

Et af Meredith Root-Bernsteins argumenter for, at ribosomer er udgangspunktet for cellulært liv, er, at ribosomers hvilestadie i langt højere grad er rettet mod at kopiere gener, end eksempelvis DNA'ets er.

DNA'ets hvilestadie, hvor molekylet så at sige slapper af, er som en sammenrullet knude, hvor generne er utilgængelige.

DNA i hvilestadiet er beskyttet mod omgivelserne og kan på den måde overleve i 10.000 år eller mere. Det virker ifølge Meredith Root-Bernstein ikke, som om DNA'et har særligt meget lyst til at blive kopieret, hvilket ifølge forskeren er utænkeligt, hvis det skulle være basis for klodens første liv.

Derimod er ribosomet i hvilestadie hele tiden klar til at oversætte gener til proteiner.

»Hvis DNA'et 'ikke har særligt meget lyst til at blive kopieret', opfører ribosomerne sig lige omvendt. De vil naturligt omdanne gener til funktionelle molekyler,« forklarer Meredith Root-Bernstein.

Teorien er derfor, at DNA'et ikke kan være molekylet, som celler blev opbygget omkring. Det er simpelthen for modvilligt til at blive kopieret og afkodet, hvilket er to af cellers hovedformål.

Var ribosomer et 'missing link'?

På den anden side udviser ribosomerne netop de egenskaber, som man vil forvente, at en basal celle ville besidde – nemlig lysten til at læse information og omdanne det til funktionelle molekyler.

»DNA blev udviklet senere hen for at beskytte den information, der oprindeligt var i ribosomernes RNA. Celler blev samtidig udviklet til at optimere processen, hvori ribosomer kunne kopiere sig selv. Derfor er vores teori, at ribosomer ikke altid har været passive oversættere af DNA til proteiner. De var også et 'missing link' mellem præbiologi og de første celler,« siger Meredith Root-Bernstein.

Meredith Root-Bernstein fortsætter sin forskning med at lede efter beviser for sin teori. Det gør hun blandt andet ved at kigge ribosomerne efter for tegn på, at deres RNA indeholder rester af genetisk kode for flere forskellige funktioner, sådan som hendes teori forudsiger, at der skal være.