โลก RNA: การเปลี่ยนทิศทางของการจำลอง
แบบทำให้ชีวิตของ RNA มีศักยภาพหรือไม่? เว็บสล็อต ปัจจุบันเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าเมื่อเกือบสี่พันล้านปีก่อน ก่อนเซลล์ที่มีชีวิตกลุ่มแรก ชีวิตประกอบด้วยชุดของโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างตัวเองขึ้นมาใหม่ ผู้สมัครระดับโมเลกุลที่คิดว่าจะเป็นสื่อกลางในกิจกรรมนี้คืออาร์เอ็นเอ ซึ่งสามารถรวมคุณสมบัติที่จำเป็นของการเข้ารหัสข้อมูลและเร่งปฏิกิริยาเคมี ซึ่งเป็นหน้าที่ซึ่งขณะนี้ส่วนใหญ่ตอบสนองโดยดีเอ็นเอและโปรตีนตามลำดับ จากการโต้แย้งทางทฤษฎี คาดว่าระบบของโมเลกุลที่มีปฏิสัมพันธ์จะก่อให้เกิดพฤติกรรมที่ซับซ้อนและแม้กระทั่งเหมือนมีชีวิต แต่ก็ยังมีการถกเถียงกันว่าอาร์เอ็นเอเป็นโมเลกุลแรกหรือโมเลกุลเดียวที่มีส่วนร่วมในกิจกรรมดังกล่าวด้วย ทั้งโปรตีนและ DNA (หรือการรวมกันใดๆ ที่มีหรือไม่มี RNA) ซึ่งเป็นตัวแทนของทางเลือกอื่น
หลักฐานเชิงสถานการณ์สำหรับตำแหน่งศูนย์กลางของ RNA ในจุดกำเนิดของชีวิตสามารถพบได้ในชิ้นส่วน ‘ที่ระลึก’ ของ RNA ที่มีหน้าที่ที่สำคัญที่สุดบางส่วนในเซลล์ บางทีข้อสังเกตที่น่าเชื่อที่สุดก็คือ ในการสังเคราะห์โปรตีนบนไรโบโซม เหตุการณ์สำคัญทางเคมี — การก่อตัวของพันธะเปปไทด์ — ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย RNA เพียงอย่างเดียว ซึ่งบ่งชี้ว่าความเป็นอันดับหนึ่งอยู่กับ RNA มากกว่าโปรตีน อุปสรรคสำคัญต่อการยอมรับ ‘โลกอาร์เอ็นเอ’ อย่างเต็มที่ก็คือ แม้ว่าจะสามารถจินตนาการได้อย่างง่ายดายว่าเครื่องอาร์เอ็นเอบริสุทธิ์ (โปรโต-ไรโบโซม) สามารถสร้างโปรตีนได้ แต่ไม่มีเครื่องอาร์เอ็นเอที่เทียบเท่ากันเพื่อสร้างอาร์เอ็นเอ (ไรโบโพลีเมอเรส) RNA ทั้งหมดที่เรารู้จักสร้างขึ้นจากโปรตีน ซึ่งอาจนำไปสู่ปัญหา ‘ไก่กับไข่’ ดั้งเดิม ซึ่งเกิดขึ้นก่อน
กลไกบางอย่างสำหรับการจำลองแบบในโลก RNA ได้ถูกนำมาใช้ และตามระบบปัจจุบันของการสังเคราะห์โปรตีนพอลินิวคลีโอไทด์ ทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการสร้างเกลียวลูกสาวเสริมโดยใช้การจับคู่เบสของวัตสัน–คริก แต่จากมุมมองของกลไก แบบจำลองดังกล่าวมีปัญหาพื้นฐาน: ถ้าไรโบโพลีเมอเรสต้องสร้างสำเนาเสริมของตัวเอง มันจะต้องคัดลอกสิ่งนี้ใหม่เพื่อให้ได้ไรโบโพลีเมอเรสที่ใช้งานได้ใหม่ นี่หมายความว่าทั้งลำดับไรโบโพลีเมอเรสและส่วนเติมเต็มจะต้องอยู่ร่วมกัน แต่ถ้าสำเนาทั้งสองนี้มารวมกัน ผลลัพธ์จะเป็นเกลียว Watson–Crick เกลียวคู่ (ตามที่พบในไวรัส RNA บางตัว) ไม่ใช่ไรโบโพลีเมอเรสชนิดใหม่ แม้ว่าซีเควนซ์ทั้งสองจะมีโครงสร้างรองที่กำหนดไว้อย่างดี การจับคู่ที่สมบูรณ์แบบของวัตสัน-คริกจะทำหน้าที่เป็นอ่าง
ในโลกที่ปราศจากโมเลกุลประเภทอื่น
(เช่น โปรตีน) เพื่อป้องกันปฏิกิริยาที่ไม่ต้องการเหล่านี้ อาจสรุปได้ว่าโลกของ RNA บริสุทธิ์ไม่สามารถดำรงอยู่ได้ แต่ถ้าไรโบโพลีเมอเรสไม่ได้สังเคราะห์เส้นใยเสริมล่ะ? จากมุมมองทางเคมี ไม่มีเหตุผลใดที่โพลีเมอร์ต้องสร้างเกลียวเสริมที่วิ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับเกลียวแม่แบบ ในโปรตีนโพลีเมอเรสสมัยใหม่ นิวคลีโอไทด์ ไตรฟอสเฟต จะถูกเพิ่มที่ส่วนท้าย 3′ ของการถอดเสียงโดยไม่มีส่วนร่วมโดยตรงของเส้นแม่แบบ หากเกลียวแม่แบบถูกพลิก (สร้างส่วนประกอบคู่ขนาน) สิ่งที่จะสูญเสียไปก็คือความสามารถบางส่วนสำหรับแม่แบบและการถอดเสียงเพื่อให้ยังคงจับคู่กับเบส เนื่องจากสายกรดนิวคลีอิกคู่ขนานไม่สามารถสร้างดูเพล็กซ์ด้วยการจับคู่เบส Watson–Crick ในโลกอาร์เอ็นเอ
การจำลองแบบเริ่มต้นที่ส่วนท้ายสุดของเทมเพลตที่ 3 ไม่สามารถคัดลอกข้อความถอดเสียงได้จนกว่าจะเสร็จสิ้น ในโลกของอาร์เอ็นเอ กลยุทธ์นี้จะปล่อยให้ทรานสคริปต์ที่มีความยาวเต็มสัมผัสกับสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร ซึ่งมันอาจทำให้มีปฏิสัมพันธ์ปลอมๆ มากมายกับโมเลกุลอาร์เอ็นเออื่น ๆ (โดยเฉพาะส่วนเติมเต็มของมันเอง) และ เว้นเสียแต่ว่าจะใช้รูปแบบกะทัดรัดอย่างรวดเร็ว มันจะเป็น ไวต่อการไฮโดรไลซิส ในทางตรงกันข้าม พอลิเมอเรสที่เริ่มต้นที่ปลาย 5′ จะสร้างการถอดเสียงซึ่งการถอดความใหม่สามารถเริ่มต้นเกือบจะในทันที ลดการเปิดรับอาร์เอ็นเอสายเดี่ยวให้น้อยที่สุดและหลีกเลี่ยงการผสมพันธุ์ กลยุทธ์นี้คล้ายกับการแปลทันทีของ RNA ของผู้ส่งสารในแบคทีเรีย ซึ่งช่วยให้สปีชีส์ที่ชอบความร้อนสามารถลดเวลาการสัมผัสของข้อความสายเดี่ยวที่อุณหภูมิสูงได้ การถอดความใหม่โดยทันทีจะให้ความคุ้มครองที่คล้ายกันในโลกดึกดำบรรพ์ที่ร้อนระอุ ไรโบโพลีเมอเรสสองตัวที่ทำงานควบคู่กันในฐานะไดเมอร์สามารถใช้ลำดับไรโบโพลีเมอเรสเป็นแม่แบบและสร้างไรโบโพลีเมอเรสใหม่ได้ อย่างไรก็ตาม เส้นใยเสริมคู่ขนานระดับกลางไม่จำเป็นต้องละทิ้ง และสามารถหยิบขึ้นมาโดยไรโบโพลีเมอเรสอีกตัวหนึ่งได้ ซึ่งอาจนำไปสู่เครือข่ายการจำลองแบบที่เชื่อมโยงขนาดใหญ่
ความแตกต่างในทิศทางการถอดรหัสอาจอธิบายได้ว่าทำไมโลก RNA ต้องสูญพันธุ์ในที่สุด เมื่อชีวิตก้าวหน้าไปสู่ระบบที่แบ่งแยกตามจีโนม มันจำเป็นต้องแบ่งการถอดความเพื่อให้สามารถแยกข้อความทางกายภาพได้ หากต้องถอดสำเนาใหม่แต่ละชุดทันที การถอดความต่อเนื่องจะตามมา แม้ว่าสิ่งนี้อาจมีประสิทธิภาพใน ‘ซุป’ แต่ก็ไม่ได้ระบุจุดที่ชัดเจนสำหรับการแยกจีโนมแต่ละตัว หากโปรตีนปรากฏขึ้นควบคู่ไปกับระบบที่ใช้บทบาทของ ‘ปรสิต’ ที่แนะนำโดยฟรีแมน ไดสัน ผู้ที่ได้รับความสามารถบางส่วนในการสังเคราะห์สายเสริมจะไม่เพียงสร้างจีโนมที่สามารถแบ่งออกเป็นเซลล์ต่างๆ ได้ แต่สายเสริมจะผสมพันธุ์กับไรโบโพลีเมอเรส เร่งการลดลงของพวกเขา เว็บสล็อต
