Tiede

Elämän alkuliemestä tuli rna:ta

Vesi, rasvat ja biomolekyylit järjestyivät elämäksi katalyytein

Tilaajille

Kuinka loihtia elämää elottomista aineista?

Satukirjoissa taikurien liemien raaka-aineet olivat outoja ja erikoisia eineksiä, aina sammakonreisistä linnun sulkiin.

Todellisuudessa taikaliemistä ihmeellisimmän, eli elämän "alkuliemen" ainekset lienevät hyvin tavallisia. Vesi, rasvat ja muut elämän yksinkertaiset biomolekyylit ovat solujemme rakenneaineita.

Elämän rakennuspalikoita on maapallon lisäksi löydetty myös avaruudesta. Elämän alkuliemen raaka-aineissa ei siis ole mitään taianomaista.

Keskeinen kysymys on pikemminkin se, kuinka alkuliemen ainekset järjestyivät toimivaksi kokonaisuudeksi - eläväksi soluksi.

Solua on selvitetty jo hyvin tarkasti. Silti siirtymä kemiallisesta alkuliemestä solulliseen elämään on tutkijoille yhä arvoitus.

Biologinen tutkimus on lähestynyt elämän alun arvoitusta kahtaalta. Kun tutkija lähestyy aihetta ylhäältä, hän vertailee maapallon nykyisten eliöiden soluja ja geenejä. Biologi ja kemisti etsii kaikelle elämälle yhteisiä piirteitä.

Jos elämää lähestyy alhaalta, sitä voi yrittää valmistaa yksinkertaisista lähtöaineista. Miten niistä on voinut muodostua yhä monimutkaisempia molekyylejä, lopulta nisäkkäitä ja kädellisiä, jopa sinivalaan kokoisia olioita?

Nykyisen käsityksen mukaan elämän perustavia ominaisuuksia ovat ainakin kopioituminen, kemiallinen aineenvaihdunta, kyky kehittyä evoluutiossa sekä yksilöllisyys, eli kyky erottua ympäristöstä. Näitä yhdistämällä tavoite on rakentaa yksinkertainen, itsenäisesti jakautuva solu. Sen avulla voisi mallintaa elämän syntyä. Kaikki elämälle keskeiset reaktiot tapahtuvat vesiliuoksessa, joten vesi on elämän ensimmäinen edellytys.

Vesi on kuitenkin vain yksi monista biomolekyyleistä. Entäpä sopan muut ainekset?

Pioneerikokeessa vuonna 1953 amerikkalainen Stanley Miller jäljitteli varhaista ilmakehää ja sen ukkosmyrskyjä.

Hän laittoi lasiastiaan metaani-ammoniakkisen liuoksen ja johti siihen sähkövirtaa, "ukkosia". Lähtöaineet reagoivatkin keskenään ja muodostivat aminohappoja.

Aminohappojen ketjuja on kaikissa proteiineissa, joita geenit tuottavat soluissamme.

Aminohappojen lisäksi laboratorio-oloissa on jo valmistettu muitakin elämän keskeisiä rakennuspalikoita, kuten ribonukleiinihappojen (rna ja dna) osia.

Elämän peruspalikoiden valmistus on vasta alkua. Kynnyskysymys on saada yksiköt kehittymään itsenäisiksi. Ne kopioituisivat ja pitäisivät itseään yllä kokonaisuuksina.

Molekyylibiologit lähestyvät tätä ongelmaa ottamalla mallia nykyisen elämän perustavista molekyyleistä. Pääroolissa on nyt rna, dna:n "pikkuveli".

Rna:t ohjaavat proteiinien valmistusta dna:han varastoidun tiedon mukaisesti. Rna:n roolit eivät kuitenkaan rajoitu tähän. Tietyissä viruksissa rna korvaa dna perimän aineksena.

Tutkijat Thomas Cech ja Sidney Altman kohauttivat tiedemaailmaa 1982. He osoittivat, että myös rna kykenee kemialliseen katalyysiin.

Aikaisemmissa biologian oppikirjoissa oli painotettu, että vain proteiinit voivat katalysoida eli kiihdyttää solun biokemiallisia reaktioita.

Elämän alun teoreetikot riemastuivat rna:lla tehdyistä kokeista. Ne tukevat teoriaa, jonka nimi on "rna-maailma" .

Sen mukaan kameleonttimainen rna oli elämän pioneeri. Se syntyi ennen solukoneistoa, joka perustuu dna:han ja proteiineihin.

Rna-molekyylit täyttävät biologien mukaan yhden elämälle keskeisen ehdon. Ne voivat kilpailla keskenään ja kehittyä kopioitujina, kun niihin kohdistuu valintapaine. Rna-molekyylit voi silloin erikoistaa tiettyihin kemiallisiin tehtäviin jopa viikoissa.

Biologiset kalvot ovat perintöaineen ohella välttämättömiä elämälle. Vasta biologisten kalvojen sisälle kietoutumalla perimän aines, oli se sitten dna:ta tai rna:ta, voi saavuttaa yksilöllisyyden.

Ja vain yksilöllinen menestyksekäs perintöaines voi erottua edukseen kilpailijoista. Muuten se laimenisi osaksi ympäristöään.

Elämän kehitykselle oli siksi varmaan keskeistä, että rasvat pystyivät muodostamaan kalvoja vedessä helposti.

Jos esimerkiksi kaataa ruokaöljyä vesiliuokseen, rasvahapot muodostavat veteen kalvopalloja. Ne muodostuvat itsestään. Juuri pallojen sisään tutkijat haluaisivat vangita rna:lla varustetun vesiliuoksen.

Harvardin yliopistossa Jack Szostakin ryhmä tutki, voisivatko rna-molekyylit ajaa solulliseen elämään johtavaa kehitystä rasvakalvon sisällä.

Science-lehti julkaisi kokeita, jotka viittaavat siihen, että rna:n ja rasvakalvon yhteinen kehitys voi syntyä itsestään.

Kokeissa rasvavesikkelit, joiden sisällä on enemmän rna:ta, yksinkertaisesti kaappasivat rasvamolekyylejä muilta vesikkeleiltä ja kasvoivat. Tutkijat haluaisivat saattaa rna:n kopioitumaan ja rasvapallot jakautumaan yhteen kytkettyinä.

Kun rna kopioidaan, tavoite on saada tytärkopiot jakautumaan uusiin rasvapalloihin. Niistä tulisi uusia keinotekoisia soluja.

Solu rakentuisi silloin kuten ihmisten tai bakteerien soluissa, joissa perintöaines kopioituu. Solun jakautuessahan molemmilla tytärsoluilla on kopio perimästä.

Szostakin ryhmä on huomannut myös, että savi kiihdyttää rasvapallojen muodostumista ja rna:n kulkeutumista niiden sisälle. Lisäksi savi on voinut antaa tukea myös hyvin varhaiselle kopioitumiselle.

Newyorkilainen tutkija James Ferris on juuri osoittanut ryhmineen, että savi kiihdyttää rna:n ketjuuntumista.

Savisten mineraalien positiiviset varaukset voivat kiinnittyä rna:n negatiivisiin ryhmiin ja auttaa yksiköiden järjestymistä.

Ferrisin ryhmä on jo tuottanut viidenkymmenen yksikön pituisia rna-ketjuja. Hieman pidemmät rna-ketjut voisivat jo toimia kemiallisesti.

Lisäksi savi myös voi suojata biomolekyylejä hajoamiselta.

Aivan evoluution alussa vettä koskettanut savipinta ehkä oli elämän asennusalusta.

Vesiliuoksen biomolekyylit ja rasvat kokeilivat yhteiseloa uudestaan ja uudestaan ensimmäiseen solulinjaan asti.

Elämä oli syntynyt.

Kirjoittaja on biologi, joka tekee väitöskirjaa evoluutio-genetiikan laboratoriossa

Turun yliopistossa.

Kommentit

    Ei vielä kommentteja. Kirjoita ensimmäinen.

    Näytä lisää
    Luetuimmat
    1. 1

      Tarina opiskelijanaisen täysin surkeasta seksiyöstä nousi maailmanlaajuiseksi hitiksi – Miksi annamme huonon seksin tapahtua?

    2. 2

      Suurmoskeijahanke sai pakit Helsingissä, puuhanainen uhkaa viedä moskeijan muualle: ”En ole käynyt yhtäkään järkevää keskustelua yhdenkään poliitikon kanssa”

    3. 3

      Ultra Bran jälkeen Vuokko Hovatta menetti ensin lapsen ja sitten miehensä: ”On lohdullista tietää, että aika kauheistakin asioista voi selvitä”

      Tilaajille
    4. 4

      Walesilainen lammasfarmari äänesti brexitin puolesta, mutta nyt EU-ero vaarantaa koko elämäntyön: ”En koskaan halunnut kovaa brexitiä”

    5. 5

      Kaaos jatkuu Helsinki-Vantaan lentokentällä: Finnair pyysi matkustajia varautumaan kentällä yöpymiseen, sillä hotellit ovat täynnä

    6. 6

      Egyptiläinen laulajatar söi musiikkivideolla banaania alusvaatteissaan – tuomittiin kahdeksi vuodeksi vankilaan siveettömyydestä

    7. 7

      Espoo varautuu ongelmiin: Liikennekaaos uhkaa tammikuussa, kun länsimetron liityntäliikenne käynnistyy

    8. 8

      Ihminen tarttuu herkkuihin, kun elämä kaatuu päälle – ”Tunnesyöminen” on yleinen ilmiö, mutta sen voi saada kuriin yksinkertaisilla keinoilla

      Tilaajille
    9. 9

      Pakkasukon porttikielto on hyvä uutinen

    10. 10

      Erikoisen ”tappaja-ankan” fossiili löytyi Mongoliasta – dinosaurus oli niin erikoinen, että tutkijat epäilivät otusta väärennökseksi

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Tarina opiskelijanaisen täysin surkeasta seksiyöstä nousi maailmanlaajuiseksi hitiksi – Miksi annamme huonon seksin tapahtua?

    2. 2

      #Metoo-kampanja voi lannistaa ujot ja kokemattomat pojat

    3. 3

      Suurmoskeijahanke sai pakit Helsingissä, puuhanainen uhkaa viedä moskeijan muualle: ”En ole käynyt yhtäkään järkevää keskustelua yhdenkään poliitikon kanssa”

    4. 4

      Venäjä saattaa antaa Ruotsille ikävän joululahjan: Iskander-ohjuksia naapuriin – Mutta miksi ohjus­kohut hymyilyttävät Venäjän tuntevia suomalais­sotilaita?

      Tilaajille
    5. 5

      Ultra Bran jälkeen Vuokko Hovatta menetti ensin lapsen ja sitten miehensä: ”On lohdullista tietää, että aika kauheistakin asioista voi selvitä”

      Tilaajille
    6. 6

      Sikarin muotoista asteroidia tarkkaillaan radioteleskoopilla – se on niin outo, että siinä voisi olla merkkejä vieraasta sivilisaatiosta

    7. 7

      Vuosikymmeniä paraatipaikalla polkuhintaan kirjoja myynyt antikvariaatti kaatui Helsingin kaupungin vuokran­korotuksiin – ”Olemme pelanneet tähänkin asti minimikatteella”

    8. 8

      Ensin Vantaa kaatoi tonnikaupalla lasten ruokaa roskiin, nyt kaupunkilaiset maksavat siitä miljoona euroa – ”Käsittämätön virhe”, luonnehtii poliitikko

    9. 9

      Mielikuva automarketissa ravaavasta ”prisma­perheestä” lykkää lapsen­tekoa – kolme–nelikymppisten ruuhka­vuodet pakkautuvat yhä lyhyempään jaksoon

    10. 10

      Suomalaismies vaati Googlelta 120 000 euron korvauksia henkisestä kärsimyksestä, kivusta ja särystä, mutta joutui itse maksajaksi

    11. Näytä lisää
    1. 1

      Helsinkiläis­nainen otti kuvan pyörä­tielle pysäköidystä paketti­autosta – autosta tuli poliisi ja vei ilman henkilöllisyys­todistusta liikkeellä olleen naisen putkaan

    2. 2

      Kuvia Suomesta, osa 27: Mikko Suutarinen valokuvasi kuljettajia, jotka muistuttavat ajoneuvojaan

    3. 3

      Alma on julkaissut musiikkia vain vajaat 17 minuuttia – Onko hän todella kansain­välisesti menestynein suomalainen artisti?

      Tilaajille
    4. 4

      Tämä kysymys kysytään lähes jokaisessa työhaastattelussa, sillä se paljastaa työntekijästä paljon – Näin vastaat siihen oikein

      Tilaajille
    5. 5

      Onko tässä Linnan juhlien hervottomin kuva – Oletko koskaan nähnyt Timo Soinia yhtä onnellisena?

    6. 6

      HS:n lukijat äänestivät suosikkinsa Linnan juhlien näyttävimmistä puvuista – kärki­viisikossa säihkyviä paljetteja, upeita laahuksia ja Suomen leijonalla koristeltu housupuku

    7. 7

      Kummelin Heikki Silvennoinen on ymmällään ja otettu sketsinsä maailmanlaajuisesta suosiosta: ”Pääasia, että ihmiset nauravat”

    8. 8

      Viiden lapsen isä Topi Linjama erosi vanhoillislestadiolaisuudesta ja puolustaa nyt isien asemaa – Isä on monessa perheessä juoksupoika ja äiti projektipäällikkö, hän sanoo

      Tilaajille
    9. 9

      Järjestäjän Facebook-kirjoitus osoittaa: Töölöntorin alpakka­tapahtumalla haluttiin viedä huomio pois 612-kulkueesta ja saada se siirtymään muualle

    10. 10

      Toimittaja kyykkäsi viikon ajan: asennon vaikeus ja kivistys yllättivät, muiden kummastelu ja muotikin haittasivat – lopulta käteen jäi uusi, terveellinen tapa

      Tilaajille
    11. Näytä lisää