Kemin födde livet
Livets uppkomst är en av vetenskapens största gåtor. Professor Peter Maury presenterar vad han kallar den bästa förklaringen hittills.
Ingen vet hur det gick till när livet föddes på jorden, när kemin blev biokemi. Livets uppkomst kan spåras till den så kallade RNA-världen (en tid då det fanns ribonukleinsyra men ännu inte proteiner). Experterna anser ändå att det måste ha funnits en biomolekylär evolution före RNA-världen, eftersom RNA inte kan ha existerat i förhistoriens kärva förhållanden.
Vad det kan ha varit har forskningen gått bet på. Nu presenterar professorn emeritus Peter Maury vid Helsingfors universitet en modell för den pusselbit som saknas. Vi kallar den amyloidmekanismen.
– Det är den första sammanhängande teorin som kan förklara den molekylära evolutionen före RNA-världen. Men vi måste vara försiktiga med att säga hur livet verkligen uppkom. Det får vi aldrig veta, säger han.
Maury beskriver sin modell i Journal of Theoretical Biology. Utan baskunskaper i biokemi trillar man lätt av, men ungefär så här är det:
Amyloiderna är uppbyggda av peptider som bildar så kallade betafiberstrukturer. Dessa kan kopiera sig själva och överföra information. De har alltså strängt taget samma livsbärande förmågor och egenskaper som DNA-molekyler, men därtill, och i motsats till RNA och DNA, tål de primitiva förhållanden.
Därmed kan amyloidmekanismen ha föregått RNA-världen. Peter Maurys modell har tagit inspiration från prionerna som fungerar ungefär lika. Prionerna är också proteinhaltiga ämnen som överför smitta (som galna ko-sjukan och Creutzfeldt-Jakobs sjukdom).
– Det märkliga är att prionerna inte innehåller nukleinsyra, vare sig DNA eller RNA, och ändå kan de överföra smitta med en likadan mekanism, en förändrad proteinstruktur med veckade betaflak, på andra molekyler, säger Maury.
Peter Maury är läkare och har upptäckt att alla amyloider inte är skadliga. Detsamma gäller prionerna. Likheterna gör att Maury anser att amyloiderna kan vara det livshistoriska pusslets första bit.
– Innan det fanns gener kan amyloiderna ha överfört information med samma mekanism som prionerna utnyttjar, säger han.
När en läkare säger sådant knorrar biologerna – gåtan om livets uppkomst anses ligga på deras bord och inte på operationsbordet.
– Det har varit svårt för molekylärbiologerna att acceptera att genetisk information kan överföras på annat sätt än via nukleinsyrorna. Proteiner kan också kommunicera sinsemellan och överföra information.
När Peter Maury presenterade en liknande modell för sex år sedan fick han genast kritik, men den här gången gjorde alla fem förhandsgranskare tummen upp när de läst artikeln.
– Tiden har arbetat för den här mekanismen, och nu förklarar jag dessutom basen för den molekylära evolutionen. Det är allt mer accepterat att atypiskt veckade proteiner kan överföra information. Jag hoppas att mekanismen ska godtas som den tillsvidare bästa hypotes vi har för att förklara livets uppkomst från början, säger han.
Hur omvälvande är din modell, hur pass mycket rubbar den cirklarna?
– Den rubbar inga cirklar, men den ger en förklaring. Det som gör den attraktiv är att den kringgår problemet med hönan och ägget, säger Maury.
Här får vi vrida klockan tillbaka till begynnelsen: Jorden skapas för 4,6 miljarder år sedan. Förlossningen är explosiv och avkomman ett glödande, livlöst klot som bombarderas av meteoriter. Detta inferno pågår i flera hundra miljoner år innan förhållandena stabiliseras.
Och då, någon gång för mellan 4,0 och 3,8 miljarder år sedan uppstår en första livsform. Enligt den förhärskande hypotesen baserades det första livet på RNA. Generna kom först, och de kunde replikera sig innan DNA, proteiner och metabolism (ämnesomsättning) fanns.
– RNA-världen har många svagheter. För att fungera som genetisk enhet krävs en rätt lång RNA-sekvens som kräver en metabolisk apparatur, enzymer, vars syntes kräver ett kodande system, vilket kräver existerande gener, säger Peter Maury.
Enligt en alternativ hypotes, proteinvärlden, ska proteinerna och metabolismen ha kommit först, generna sedan. Det anses än mer osannolikt, inte minst med tanke på de urtida förhållandena.
– Hettan, den kosmiska strålningen, UV-strålningen och de ständiga elektriska urladdningarna skulle ha förstört proteinernas struktur och funktionsförmåga. Detsamma gäller RNA, det är en mycket fragil molekyl.
Maury säger att hans hypotes, i motsats till RNA-världen och proteinvärlden, går runt problemet med hönan och ägget.
– Min version är en hybrid som förenar metabolism med replikering. Samma molekyl gör både och, allt som behövs för att överföra information.
För amyloidmekansimen talar dess förmåga att utstå primitiva förhållanden. Amyloiderna svarar mot evolutionsteorins tre krav: de kan kopiera sig själva, överföra information och snabbt anpassa sig till nya miljöförhållanden. Det kan inte RNA.
I Maurys modell är de första biomolekylerna korta peptider som själva bildar en tredimensionell, funktionell och stabil amyloidliknande betaflakstruktur.
– Det finns belägg för att det kan fungera så här.
Givetvis vet ingen exakt vilka omständigheter som rådde när det begav sig, men man antar att den primitiva atmosfären innehöll bland annat metan, ammoniak och vatten. Redan för 60 år sedan visade man experimentellt att aminosyror uppstår i dylika förhållanden med hjälp av elektriska urladdningar. Maury har experimenterat vidare i laboratoriet på medicinska fakulteten.
– Utifrån de sex vanligaste aminosyrorna som bildas under simulerade prebiotiska förhållanden syntetiserade vi en peptid som visade sig kunna reproducera sig spontant och bilda betastrukturerade amyloider under olika temperaturförhållanden.
Maury tänker sig att de för den dåvarande miljön bäst lämpade, atypiskt veckade proteinenheterna bildade längre molekylkedjor, biopolymerer. För fackfolk är det ganska oproblematiskt att anamma. Knepigare är då tanken att en tredimensionell struktur överförs till en annan molekyl.
– Det har varit svårare för vissa att förstå, men efter att prionmekanismen blev känd är jag hoppfull att det ska slå igenom. Vi kan se det som att prionerna utgör en primitiv, kanske en ursprunglig, form av ärftlighet. Det är kanske en relikt från tiden då livet kom till som lever kvar i prionerna.
Är du säker på att du har rätt?
– Ja, jag tror faktiskt att det är så här det har gått till. Problemet är att bevisa någonting som har hänt för nästan fyra miljarder år sedan. I min modell finns alla förutsättningar.
Bevisbördan blir orimlig också för att det dröjde minst 300 miljoner år från de första molekylernas uppkomst till det att vi ser spår av de första primitiva organismerna. Tidsspannet gör att inget experiment kan efterlikna den förhistoriska utvecklingen.
Om liv kan uppstå så här, hur sannolikt finns det liv någon annanstans ute i rymden där förhållandena är gynnsamma?
– Väldigt sannolikt, men min hypotes tar inte ställning till allt livs ursprung utan det liv som uppkom på jorden.
Vissa forskare menar att jorden kan ha fått en livsinjektion utifrån (man har upptäckt aminosyror på meteoriter som kraschat).
– Jag utgår från att livet har uppstått på jorden, men det hindrar inte att det skett med hjälp av ett eventuellt utomjordiskt bidrag.