Wir dachten immer, RNA sei zu einfach für schwere Aufgaben.
Diese Annahme bricht. Eine neue Studie legt nahe, dass RNA massive, komplexe Strukturen aufbauen kann. Filamente. Käfige. Es war nicht nur ein bescheidener genetischer Träger, der darauf wartete, dass Proteine auftauchten und den Tag retteten. Die „RNA-Welthypothese“ behauptet seit langem, dass RNA DNA und Proteinen vorausging, doch die vorherrschende Meinung besagte, dass diese frühen Moleküle nur winzige, einfache Faltungen bewältigen konnten. Diese Ansicht könnte völlig falsch sein.
Die Verschiebung ist wichtig, weil sie die Entstehungsgeschichte neu schreibt.
Warum die Komplexität der RNA unsere Sicht auf den Beginn des Lebens verändert
Jahrzehntelang war die Kluft deutlich zu erkennen. Proteine verwenden zwanzig verschiedene Aminosäuren. Das gibt ihnen eine riesige Palette. RNA hat nur vier Nukleotide. Die Logik ging davon aus, dass der RNA die nötige Vielfalt fehlte, um sich zu etwas Komplexem zu falten. Es konnte keine Strukturen aufbauen. Ohne Hilfe konnte es komplexe Reaktionen nicht katalysieren. Proteine griffen ein, übernahmen und fixierten das biologische System.
Diese Logik geht jedoch davon aus, dass begrenzte Vielfalt gleichbedeutend mit begrenzter Struktur ist.
Ein kürzlich auf bioRxiv veröffentlichter Artikel von Lin Huang von der Sun Yat-Sen-Universität argumentiert anders. Huang und sein Team fanden heraus, dass RNA Dinge tun kann, die wir noch nie zuvor gesehen haben. Die Forschung wurde noch nicht von Experten begutachtet, aber die Bilder der Kryo-Elektronenmikroskopie sind verblüffend. Sie zeigen, dass sich RNA zu großen Komplexen zusammenfügt, die proteinbasierten Architekturen Konkurrenz machen.
Dies stellt die Annahme, dass nur Proteine komplexe Geometrien aufbauen können, direkt in Frage.
„Es deutet darauf hin, dass sich die RNA-Welt am Ursprung in allen möglichen Formen zusammensetzen könnte“, sagte Huang gegenüber WordsSideKick.com.
Welche Mechanismen ermöglichen es der RNA, große Strukturen aufzubauen?
Das Geheimnis sind nicht mehr Zutaten. Es ist die Art und Weise, wie die Teile zusammenpassen.
Die Forscher konzentrierten sich auf das „Küssen von Stammschleifen“. Stellen Sie sich einen Schnürsenkel vor, der in einer Schlaufe gebunden ist. Drückt eine weitere Schnürsenkelschlaufe dagegen, küssen sie sich. Haltet zusammen. Verlinken. Das Team durchforstete RNA-Sequenzen und fand Familien von Bakteriophagen – Viren, die Bakterien infizieren –, die genau diesen Mechanismus nutzten.
Folgendes geschah, als sie es im Labor testeten:
- Sie haben die RNA-Moleküle gereinigt.
- Sie lassen sie in einer Schüssel zusammenstellen.
- Die kurzen Stränge (jeweils weniger als 200 Einheiten) rasteten ein.
Das Ergebnis war unmittelbar und robust.
Einige bildeten Filamente, die dem Zytoskelett moderner Zellen sehr ähneln. Das Zytoskelett bewegt Dinge. Es hält die Zellen in Form. Wenn frühe RNA das könnte, könnte das Leben schon sehr früh strukturell gewesen sein.
Andere bildeten ikosaedrische Käfige. Denken Sie an einen Fußball. Zwanzig Dreiecke ergeben eine Kugel. Moderne Herpesviren nutzen Proteinkäfige (Kapside), um ihre DNA zu verbergen. Könnte die alte RNA ihre eigenen Boxen in Virusgröße gebaut haben? Es ist möglich. Die Geometrie wird überprüft.
Wo kommen diese RNA-Strukturen in der Natur vor?
Hier ist der Haken. Die Strukturen bildeten sich in einer Schale. Sie bilden sich nicht unbedingt in den Bakterien, die die Viren beherbergen.
Huangs Team hat dies noch nicht in vivo beobachtet. In einer echten Zelle könnten überall Proteine diese RNA-Verbindungen zerstören. Oder helfen ihnen vielleicht Proteine? Wir wissen es nicht. Die Laborumgebung ist sauber. Zellen sind chaotisch.
Anna Medvegy, eine Evolutionsbiologin, die nicht an der Studie beteiligt war, äußerte eine andere Sorge. Es geht nicht nur um Chemie. Es geht um die Umwelt.
„Ich denke definitiv, dass Umweltparameter eine Frage sind“, schrieb Medvegy. „Können sich diese Strukturen in der Umgebung bilden, in der die hypothetische RNA-Welt existierte?“
Wenn die Morgendämmerung der Erde brütende Hitze oder einen niedrigen pH-Wert bedeuten würde, würden diese Kussschleifen überleben? Vielleicht. Aber wenn man die RNA kocht, zerfällt sie. Die nächste Hürde besteht darin, diese präbiotischen Bedingungen wiederherzustellen, um die strukturelle Integrität zu testen.
Kurze RNA-Stränge brechen leicht. Das ist ein großes Problem für die Langlebigkeit. Dennoch ist die Tatsache, dass aus kurzen Stücken Großes entstehen konnte, vielversprechend. Lange Ketten reißen. Kurze schnappen auch. Aber wenn sich kurze Exemplare in stabile Netze oder Käfige einbinden ließen, hätten sie das Chaos der frühen Erde vielleicht besser überstanden, als wir dachten.
Hat die RNA dies tatsächlich vor vier Milliarden Jahren getan?
Wir können nicht noch einmal nachsehen.
Wir haben nur diese schönen, zerbrechlichen Käfige, die in Petrischalen stehen. Sie sind ein Beweis der Leistungsfähigkeit, nicht der Geschichte. Aber die Kapazität ist wichtig. Das bedeutet, dass die Werkzeuge da waren. Die Baupläne existieren in Viren, die wir heute sehen. Vielleicht war das Leben am Anfang doch nicht so langsam und ungeschickt, wie wir es uns vorgestellt hatten. Vielleicht ging es vom ersten Tag an darum, Skelette und Schilde zu bauen.
Oder vielleicht waren die Bedingungen einfach zu heiß.
Wer weiß? Das Labor sagt ja. Die Erde sagt abwarten und sehen.
