Не ген, а рибосома: найдено недостающее звено эволюции
С момента открытия, что ДНК кодирует генетическую информацию, исследования эволюции жизни фокусировались на её генетических истоках. Следуя этому «ген-центричному» подходу, эволюционный биолог Оксфордского университета Ричард Докинз в книге «Эгоистичный ген» утверждал, что клетки и организмы эволюционировали просто как «упаковки» для всё более эффективной защиты и передачи генов.
Однако этот взгляд многое игнорирует. Все клетки имеют три органеллы, помимо хромосом: рибосомы (содержат механизм трансляции генетической информации в белки), клеточную мембрану и ацидокальцисомы (хранят ионы для химических реакций).
Мы оспариваем концепцию «эгоистичного гена», предполагая, что если какая-то клеточная структура и является «эгоистичной», то это рибосомы. Мы утверждаем, что клетки — и сама ДНК — эволюционировали, чтобы оптимизировать функционирование рибосом. Это переворачивает представления об эволюции клеточной жизни.
Чего «хочет» ДНК?
К этой идее мы пришли в рамках сотрудничества отца и дочери. Вопрос, с которого всё началось: «Чего хочет ДНК?».
Химики, антропоморфизируя молекулы, говорят, что они «хотят быть в низкоэнергетической конформации». Покоящаяся ДНК туго свернута, и её гены недоступны. Это настолько стабильное состояние, что ДНК может сохраняться десятки тысяч лет (как у мамонтов). Это не молекула, жаждущая распространить гены, а молекула, «желающая» сохранить их, оставаясь в свернутом состоянии.
Мы пришли к выводу, что клеточная структура, которая «хочет» копировать гены и превращать их в белки, — это рибосомы. Состояние покоя рибосомы: «Я готова транслировать ДНК в белки». Рибосомы «хотят» преобразовывать гены в рабочие молекулы.
Чего «хотят» рибосомы?
Главный вопрос по аналогии с теорией «эгоистичного гена»: не «хотят» ли рибосомы создавать копии самих себя? Для этого они должны иметь для этого средства.
Рибосомы состоят из белков и рРНК (рибосомальная РНК), которая формирует структурный каркас. Эта «машина» использует мРНК (переносит информацию от ДНК) и тРНК (переводит сообщение в аминокислоты) для сборки белков.
Если рибосома «хочет» копировать себя, её рРНК должна быть функциональной и содержать три элемента:
- «Гены», кодирующие её собственные рибосомальные белки.
- мРНК для переноса этой генетической информации.
- тРНК для трансляции этих мРНК в белки.
В недавней статье в Journal of Theoretical Biology мы показали, что рРНК действительно содержит следы мРНК, тРНК и «генов», кодирующих её собственную белковую структуру и функцию.
Рибосомы — не просто пассивные переводчики генов. Мы считаем, что они являются недостающим звеном между простыми пребиотическими молекулами и LUCA (Последним Универсальным Общим Предком), первой живой клеткой на Земле.
ДНК эволюционировала, чтобы сохранять и защищать информацию, изначально закодированную в рРНК. Клетки и организмы эволюционировали для оптимизации репликации рибосом. Рибосомы практически идентичны у всех видов. Возможно, «эгоистичная рибосома» по-новому позволяет ощутить родство со всеми живыми существами: мы все — просто разные «дома» для рибосом.