Původ života: Kritika současných vědeckých modelů

Link na článek v angličtině: The origin of life: a critique of current scientific models

Autor: Aw Swee-Eng

V originále: The origin of life: a critique of current scientific models, prosinec 1996

Raná atmosféra

Povaha atmosféry, v níž vznikl život, je velmi zajímavá. Vysoký obsah kyslíku v zemské atmosféře je mezi planetami Sluneční soustavy jedinečný a mohl souviset se složením jádra a zemské kůry. Je třeba říci, že žádná z hypotéz o vzniku jádra Země neobstojí při kvantitativním zkoumání. Hrubé rysy geochemie pláště, jako je jeho redoxní stav (FeO) a jeho železo-sirné systémy, zřejmě nesouhlasí s experimentálními údaji.^1,2 Existují nevyřešené otázky týkající se vzniku a recyklace archeické kůry.³

Z laboratorních „atmosfér“ s různým poměrem CO₂, H₂O, N₂, NH₃, H₂, CH₄, H₂S a CO lze vytvořit zajímavé organické molekuly, jako jsou cukry a aminokyseliny. K tomu dochází pouze za nepřítomnosti volného O2. Kyslík je vysoce reaktivní a rozbíjí chemické vazby tím, že z nich odebírá elektrony. Redukující plyn (H₂, CH₄ nebo CO) je proto považován za nezbytný pro úspěšnou syntézu prebiotických organických molekul.

Obecně se má za to, že přibližně před 1,5 Ga [giga annum = miliardou let] se obsah kyslíku ve vzduchu zvýšil nejméně 15krát. (Všimněte si, že evoluční/uniformitární „stáří“ je zde použito pouze pro účely argumentace.) Předtím byl kyslík redukován Fe(II) v mořské vodě a ukládal se v obrovských pásmech jako oxidy nebo hydroxidy na mělkých mořských dnech. Zdrojem železitého železa byly hydrotermální vývěry ve společnosti redukčních plynů, jako je sirovodík (H₂S).

V roce 1993 Widdel se svým týmem kultivoval nesirné bakterie z mořského a sladkovodního bahna. Tyto anoxygenní, fotosyntetizující bakterie používají železo jako donor elektronů k pohonu fixace CO₂. Byl to signální objev, že biologická oxidace železa nezávislá na kyslíku byla možná ještě před evolucí fotosyntézy uvolňující kyslík. Kvantitativní výpočty podporují možnost vzniku takovýchto masivních ložisek oxidů železa z doby archea a raného proterozoika, tj. 3,5-1,8 Ga.⁴

V roce 1992 učinili Han a Runnegar objev, který zasáhl do diskusí o vývoji kyslíku v prekambriu. K překvapení všech oznámili nález fosilie spirální řasy Grypania v páskovaných železitých formacích (BIF) v Michiganu v USA. Řasy vyžadují kyslík, takže jejich existence v tomto okamžiku ukazuje, že pruhovité železité formace nemusí nutně znamenat globální anoxické podmínky.⁵

Ostatně již v roce 1980 se objevily dvě zprávy o nálezu stromatolitů v sedimentech 3,4-3,5 Ga Warrawoona Group z australského bloku Pilbara.^6,7 Podobné pozůstatky byly objeveny také v Zimbabwe8 a Jižní Africe.⁹

Z toho lze usuzovat, že v rané atmosféře Země před 3,5 Ga mohlo být značné množství kyslíku. To by mělo odradit od hypotéz o abiotických syntézách monomerů a polymerů, o nichž se tak často předpokládá, že k nim docházelo v době archeologické. Robert Riding říká, že objev Grypanie

„ … by mohl znamenat konec modelů hromadění kyslíku v rané atmosféře, kterým dominují BIF … Kočka však bude opravdu mezi holuby, pokud [další] fosilní objevy rozšíří záznam o eukaryotech mnohem dále než do doby před 2200 miliony let, do doby, která je stále všeobecně vnímána jako v podstatě anaerobní svět.“¹⁰

Obrázek 1. Zjednodušený přístroj pro abiotickou syntézu organických sloučenin, jak ji původně provedli Miller a Urey. Změnou směsi plynů, včetně použití dnešních sopečných plynů, dokázali experimentátoři vyrobit mnoho typů organických sloučenin.

Scénáře pro prebiologii

V letech 1994-1995 vyšla řada přepracovaných učebnic molekulární biologie, které sice přinášejí standardní argumenty pro hypotézy o vzniku života, ale jsou opatrné v jejich potvrzování. Je to tak správně, protože pokrok v této oblasti odhalil vynikající detaily vnitrobuněčných procesů. Ty zpochybňují povrchní vysvětlení, že jejich vznik a následné zdokonalení bylo živeno náhodou. Po zmínce o slavné Millerově a Ureyově simulaci prebiotické syntézy organických sloučenin (obr. 1) se Voet a Voet zabývají hádankou vzniku biologických monomerů s výhradou. Píší:

„Mějte však na paměti, že proti tomuto scénáři, stejně jako proti několika dalším, které byly vážně zvažovány, existují oprávněné vědecké námitky, takže si zdaleka nejsme jisti, jak život vznikl.“¹¹

Učební text Molekulární buněčná biologie měl ve svém druhém vydání dobrý rejstřík o evoluci buněk a podrobně popisoval Millerův experiment.¹² Třetí vydání vypustilo kapitolu o evoluci buněk, která se nacházela ve druhém vydání.¹³ Podobně Stryerovo čtvrté vydání jeho učebnice biochemie se o abiotické syntéze organických molekul nezmiňuje.¹⁴

„Pochybnosti vznikly proto, že nedávné výzkumy naznačují, že zemská atmosféra se nikdy nesnižovala tak, jak Urey a Miller předpokládali. Domnívám se, že mnoho organických sloučenin vzniklých v minulých studiích by vzniklo i v atmosféře obsahující méně vodíku, metanu a amoniaku. Přesto se zdá být rozumné uvažovat o jiných mechanismech hromadění složek proteinů a nukleových kyselin v prebiotické polévce.“

„Například aminokyseliny a báze obsahující dusík potřebné pro život na Zemi mohly být dodány mezihvězdným prachem, meteority a kometami.“¹⁵

Ve své eseji o vzniku života na Zemi Orgel cituje pokusy Millera a Juana Oróa, který použil Millerův model k výrobě adeninu pomocí kyanovodíku a amoniaku.16 Jeho závěry jsou následující:

„Od té doby pracovníci vystavili mnoho různých směsí jednoduchých plynů různým zdrojům energie. Výsledky těchto pokusů lze přehledně shrnout. Za dostatečně redukčních podmínek vznikají aminokyseliny snadno. Naopak za oxidačních podmínek nevznikají vůbec nebo vznikají jen v malém množství“.

Saturnův obří měsíc Titan má atmosféru složenou převážně z molekulárního dusíku a až 10 % metanu. Carl Sagan a Bishun Khare z Cornellovy univerzity simulovali tlak a složení atmosféry Titanu a ozářili plyny nabitými částicemi. Vznikla tmavá pevná látka, která po rozpuštění ve vodě poskytla aminokyseliny a stopy nukleotidových bází, polycyklických uhlovodíků a mnoha dalších sloučenin. Tehdy se předpokládalo, že z tohoto „báječného odvaru“ vznikne život.¹⁷ V textu Molekulární biologie buňky autoři poznamenávají, že experimentátoři jsou okouzleni „překvapivě snadným“ způsobem vzniku organických molekul.¹⁸ Málo se dbá na tak zásadní věci, jako je labilita organických produktů nebo jejich vzájemná reaktivita za vzniku smíšených polymerů. Problém spontánní výroby jednoduché homochirální sloučeniny, řekněme l-alaninu, z racemických reakčních systémů skutečně nebyl vyřešen (viz obrázek 2).

Klasické mechanismy obecně spoléhají na náhodu při výběru l-aminocukrů a d-cukrů samoreplikujícími se systémy. Mason předložil dráždivou spekulaci, že slabá jaderná interakce stabilizuje l-aminokyseliny a jejich polypeptidy oproti jejich d-formám. Tato elektroslabá výhoda je považována za příliš slabou na to, aby ovlivnila výsledek biochemické evoluce. K autokatalýze změny 10^-2 na 10^-3 molů jednoho izomeru za 10 000 let by byl zapotřebí pomyslný průtokový reaktor o průměru kilometr a hloubce čtyři metry, pokud by se udržovala teplota okolí. Je to sice dobrý myšlenkový experiment, „ale nenajde si žádné populární scénáře primitivní Země“.¹⁹

Objev hydrotermálních průduchů na hřebenech oceánů dal vzniknout několika hypotézám o vzniku života. Zdálo se, že je lákavá domněnka, že vzhledem k rozpuštěným plynům, které z průduchů vycházejí, se při hydrotermálním míchání objeví peptidy, nukleotidy a dokonce i jakési protobuňky. Miller a Bada však tuto věrohodnost zpochybňují.

„Tento návrh je však založen na řadě nedorozumění týkajících se příslušné organické chemie. Příkladem je domněnka, že organické sloučeniny byly na povrchu rané Země zničeny dopadem asteroidů a komet, ale zároveň předpokládá, že k organickým syntézám může docházet v hydrotermálních průduších. Vysoké teploty v průduších by neumožnily syntézu organických sloučenin, ale jejich rozklad, pokud by doba působení teplot v průduších nebyla krátká. I kdyby byly základní organické molekuly v horkých hydrotermálních vodách k dispozici, k následným krokům polymerizace a přeměny těchto polymerů na první organismy by nedošlo, protože vody průduchů by byly ochlazeny na chladnější teploty primitivních oceánů.“²⁰

Obrázek 2. Optická aktivita a chiralita. Obyčejné světlo se skládá z vlnění kmitajícího ve všech možných směrech kolmých na jeho dráhu. Některé látky budou selektivně přenášet světelné vlny kmitající pouze v určité rovině – rovině polarizovaného světla. Většina sloučenin izolovaných z přírodních zdrojů je schopna otáčet rovinu polarizovaného světla o charakteristický počet stupňů pro každou konkrétní látku. Význam tohoto jevu pro molekulární biologii a vznik života spočívá v tom, že takovou „optickou aktivitou“ disponují stereoizomery, molekuly se stejnou, ale zrcadlově obrácenou strukturou. Například v případě výše uvedených stereoizomerů aminokyseliny alaninu bude L-alanin otáčet rovinu polarizovaného světla opačným směrem než dalanin. Proč biologické systémy využívají výhradně levotočivé (levotočivé) aminokyseliny a dextrootočivé (pravotočivé) cukry, zůstává nepochopitelné. Směsi organických sloučenin syntetizované v experimentech typu Urey-Miller se vždy skládají z racemických (stejných množství levotočivých a pravotočivých) směsí.

Časové rozpětí pro prebiologii

„Koncepční skok od nejsložitější „polévky“ k nejjednodušší buňce v čase, který je k dispozici (tj. asi 500 mil. let), je tak dramatický, že vyžaduje určité pozastavení racionality, abychom jej mohli přijmout.“

Pilířem „prebiologické evoluce“ bylo dlouhé časové období, které bylo údajně k dispozici pro vznik „protobuněk“, jejichž vývoj následně zásadně změnil klima planety a její geologii. Pro odhadované stáří Země 4,6 Ga to zpočátku zdánlivě nepředstavovalo žádný problém. Objev stromatolitů v západní Austrálii^21,22 a v Jižní Africe^23,24 však tento časový plán vážně narušil. Nález řasových vláken datovaných jen o něco více než 1 Ga mladší než samotná Země omezil dobu potřebnou pro vývoj živé buňky. Pari passu se seznam procesů, o nichž se předpokládalo, že probíhají abioticky, zužoval.^25,26 Dokonce i vznik obrovských pásových železitých útvarů v archaiku lze nyní připsat mikroorganismům²⁷ a Raup a Valentine navrhli, že dopady bolidů v intervalu 10⁵ až 10⁷ let periodicky vymazávaly více než jeden vznik života.²⁸ Podle tohoto scénáře mohlo kambriu předcházet deset nebo více zaniklých biokladů. Biokláda je skupina životních forem pocházejících z jedné události vzniku života. Jako datum vzniku nejstarších hornin se uvádí 4,2 Ga, což údajně odpovídá ochlazování a odplyňování aktivní roztavené Země, jejíž stáří se udává na 4,6 Ga.²⁹ Podle izotopového záznamu uhlíku v sedimentárních horninách by se vznik života datoval na 3,8 Ga.³⁰

Fred Hoyle, cambridgeský astronom a fyzik, provedl několik střízlivých výpočtů týkajících se vzniku buňky.31 Pravděpodobnost vzniku přibližně 2 000 enzymů potřebných pro buňku se pohybuje v rozmezí 1 ku 10^{40 000}. To znamená, že pravděpodobnost vzniku buňky se pohybuje v rozmezí 1 ku 1040 000. To činí koncepční skok od i té nejsložitější „polévky“ k nejjednodušší buňce v době, která je k dispozici (tj. asi 500 mil. let), tak dramatickým, že vyžaduje určité pozastavení racionality, abychom jej přijali. Není divu, že se v poslední době hovoří o tom, že život mohl vzniknout za mnohem kratší dobu.

Carl Sagan se vyjádřil takto:

„Jestliže 100 milionů let stačí na vznik života na Zemi, mohlo by 1000 let stačit na to, aby se (objevil) na Titanu?“³²

Svět ribonukleové kyseliny (RNA)

RNA je lineární polymer ribonukleotidů, obvykle jednovláknový. Každý ribonukleotidový monomer obsahuje cukr ribózu spojenou s fosfátovou skupinou a jednu ze čtyř bází: adenin, guanin, cytosin nebo uracil. RNA se vyskytuje v prokaryotických i eukaryotických buňkách jako messengerová RNA (mRNA), transferová RNA (tRNA) a ribozomální RNA (rRNA), které se podílejí na syntéze bílkovin, přičemž zdrojem informace je DNA. Některé viry však obsahují genomy RNA. Jádra eukaryotických buněk nesou dva další typy RNA: heterogenní jadernou RNA (hnRNA neboli pre-mRNA) a malou jadernou RNA (snRNA).

V poslední době se v literatuře objevuje mnoho vzrušujících informací o tom, že existují RNA, které mohou katalyzovat specifické biochemické reakce. Jedná se o ribozymy, tedy RNA s enzymatickými funkcemi.³³ RNA dokáže tento překvapivý výkon tím, že skládá své lineární řetězce do vhodných sekundárních a terciárních struktur, čímž jim propůjčuje katalytické struktury typu „domény“, jak je známe u proteinových enzymů.

Molekulární struktury deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a ribonukleové kyseliny (RNA) jsou vybudovány pomocí dusíkatých bází adeninu a guaninu (purinů) a tyminu, cytosinu a uracilu (pyrimidinů), což jsou „písmena“ genetického kódu.

Obrázek 3. Molekulární struktury deoxyribonukleové kyseliny (DNA) a ribonukleové kyseliny (RNA) jsou tvořeny dusíkatými bázemi adeninem a guaninem (puriny) a thyminem, cytosinem a uracilem (pyrimidiny), což jsou „písmena“ genetického kódu.

To, že RNA může fungovat jako šablona a nyní také vykazuje katalytickou aktivitu, podnítilo hypotézy o evoluci „světa RNA“.³⁴ V tomto scénáři je RNA primárním polymerem života, který se replikuje. DNA a proteiny byly pozdějšími zdokonaleními. První geny tedy byly krátké řetězce RNA, které se samy reprodukovaly, možná na povrchu hlíny. Tuto domněnku posiluje skutečnost, že v dnešních buňkách se nacházejí segmenty některých eukaryotických pre-rRNA, které se mohou samy odštěpit a spojit oba odříznuté konce dohromady, aby vznikla zralá rRNA. V roce 1982 Thomas Cech a jeho kolegové z Coloradské univerzity zjistili, že k tomu může docházet za nepřítomnosti bílkovin u řasnatého prvoka Tetrahymena thermophila.³⁵ Stejně pozoruhodné jsou malé jaderné RNA (snRNA), které se komplexuji s bílkovinami a tvoří malé jaderné ribonukleoproteiny (snRNP; vyslovuje se „snurps“). Částice zvané spliceozomy přeměňují pre-mRNA na mRNA.³⁶ Mezi další ribozymy patří odrůda kladívkové hlavy a RNAse P, která vytváří 5′ konce tRNA. První z nich se nachází v některých rostlinných virech. Teorie vzniku života vidí v těchto „vestigiálních“ posttranslačních mechanismech prebiotický význam.

Ačkoli je tato představa atraktivní, existuje několik vážných námitek proti tomu, že život začal s RNA:

1. Penzosové cukry, které jsou součástí RNA a DNA, mohou být syntetizovány formosovou reakcí za přítomnosti formaldehydu (HCHO). Produkty jsou směsí cukrů s různou délkou uhlíku, které jsou opticky levotočivé a pravotočivé (d a l). Až na několik výjimek jsou cukry vyskytující se v biologických systémech typu d; například β-d-ribóza RNA, která vždy vzniká v malém množství abioticky.
2. Kyselina kyanovodíková (HCN) podléhá polymeraci za vzniku diaminomaleonitrilu, který je na cestě ke vzniku adeninu, hypoxantinu, guaninu, xantinu a diaminopurinu. To jsou puriny: je obtížné produkovat pyrimidiny (cytosin, thymin a uracil) ve srovnatelném množství^37,38 (viz obrázek 3).
3. Ani preformované puriny, ani pyrimidiny nebyly organickými chemiky úspěšně spojeny s ribózou. Pokus o výrobu purinových nukleosidů vedl k „závratnému množství příbuzných sloučenin“.³⁹ To se dalo očekávat, pokud by cukry a báze byly spojeny náhodně. Prebiotická produkce četných isomerů a blízce příbuzných molekul brání pravděpodobnosti vzniku žádoucích mononukleosidů. Navíc pokud by ribóza a purinové báze netvořily nukleosidy rychle, byly by poměrně rychle degradovány.

Biosyntéza purinových a pyrimidinových nukleotidů

Purinové ribonukleotidy (například AMP, GMP) jsou syntetizovány od základu živými systémy způsobem, který nemá s laboratorními modely ani vzdáleně nic společného. Systém purinových kruhů se buduje postupně z meziproduktu 5′-fosforibosyl-1-pyrofosfátu (PRPP) na větší molekulu inosinmonofosfát (IMP). To zahrnuje cestu zahrnující 11 reakcí.

Biosyntéza pyrimidinů je méně složitá, ale proces je opět elegantně odlišný od chemie in vitro, přičemž některé enzymy na dráze vykonávají regulační funkce.

Biosyntetické dráhy purinů a pyrimidinů jsou přesně vyladěné a defekty, jako je nedostatek enzymů, jejich mutantní formy nebo ztráta zpětnovazební inhibice, způsobují u člověka onemocnění.

Předpokládejme, že již máme mononukleosidy – puriny (nebo pyrimidiny) spojené s ribózou. Bylo prokázáno, že jejich zahříváním ve směsi močoviny, chloridu amonného a hydratovaného fosforečnanu vápenatého vznikají mono-, di- a cyklické fosfáty mononukleosidu. Následná chemie by poskytla bohatou (nebo neuspořádanou, podle toho, jak se na ni díváme) racemickou směs d- a l-oligonukleotidů v nejrůznějších kombinacích a permutacích. Vnitřní cyklizační reakce by velkou část těchto oligonukleotidů zničily.⁴⁰

Předpokládejme dále, že máme mateřské vlákno RNA v chirálně smíšeném bazénu aktivovaných monoribonukleotidů. Díky párování bází na sebe vlákno správně zarovnává přicházející monomerní jednotky v odpovídajícím pořadí. Fosfodiesterové vazby se spontánně vytvářejí. Zdá se, že hlavní překážky účinného a věrného kopírování jsou trojího druhu.⁴¹

1. D-mononukleotidy a l-mononukleotidy si navzájem brání v polymeraci na RNA templátu.
2. Krátké řetězce nukleotidů mají tendenci se skládat zpět na sebe a vytvářet dvojité šroubovice Watson-Crickových segmentů.
3. Nově vzniklá vlákna se obtížně oddělují od svých mateřských vláken RNA. Proces se zastaví.

Pomocí aktivovaných monomerů – jak nukleotidů, tak aminokyselin – dokázali Ferris a jeho spolupracovníci vytvořit na povrchu minerálů oligomery dlouhé až 55 monomerů. Takové povrchy vážou monomery s jedním nábojem (v těchto experimentech záporným) a síla vazby roste s délkou řetězce. Desorpce se pak stává nemožnou.⁴²

Joyce shrnuje obtíže spojené s vykouzlením hypotetického světa RNA těmito slovy.

„Nejrozumnější interpretace je, že život nezačal s RNA … Přechod k RNA světu, stejně jako vznik života obecně, je plný nejistoty a trápí ho nedostatek relevantních experimentálních dat. Badatelé zabývající se vznikem života si na míru frustrace z těchto problémů zvykli … Je načase přestat mluvit o světě RNA a začít dávat vývoj RNA do souvislosti s chemií, která mu předcházela, a biologií, která následovala.“⁴³
Tyto pocity sdílí i Orgel, dlouholetý známý prebiotický chemik. V roce 1994 napsal:

„Přesné události, které vedly ke vzniku světa RNA, zůstávají nejasné. Jak jsme viděli, badatelé navrhli mnoho hypotéz, ale důkazy ve prospěch každé z nich jsou přinejlepším kusé. Úplné podrobnosti o tom, jak vznikl svět RNA a život, možná nebudou v blízké budoucnosti odhaleny.“⁴⁴

Jak jsme viděli, intuice, že svět RNA předcházel DNA a bílkovinám, je založena na některých rysech nalezených v moderních buňkách. Zdá se však, že je v rozporu s dostupnými experimentálními důkazy. Hydroxyl navíc v ribóze ji totiž činí reaktivnější než deoxyribózu a v zásadě činí stabilnější DNA pravděpodobnějším prapůvodcem.

Další možnosti

Pozornost se přesunula na jiné molekuly, které mohou přenášet informace a replikovat se. V roce 1991 tým dánských chemiků pod vedením Egholma navlékl čtyři známé báze nukleových kyselin podél peptidové (polyamidové) páteře a vytvořil tak peptidovou nukleovou kyselinu (PNA).^45,46 Bohužel PNA vážou přirozenou DNA a RNA pevně (asi 50 až 100krát silněji než přirozené polymery mezi sebou), takže si lze jen těžko představit, že by se jednalo o prebiotický replikační systém. Jejich afinita k DNA je tak silná, že by narušovaly nukleotidové duplexy, pokud by nebyly odstraněny z vyvíjejícího se prostředí RNA. Jejich specifičnost pro báze přírodních nukleových kyselin oligomerů o 10 a více jednotkách, a tudíž jejich věrnost při kopírování RNA nebo DNA, je nejistá. To svědčí proti koevoluci více genetických systémů, což je domněnka, kterou vyslovil Böhler a jeho spolupracovníci.⁴⁷ S použitím neobvyklého aktivovaného monomeru, guanosin 5′-fosforo(2-methyl)imidazolidu, vytvořili 3′-5′-vázané oligomery s PNA jako templátem. Ve skutečnosti byl kvůli problémům s cyklizací použit spíše aktivovaný dimer než monomer. Nevytvořily se žádné oligomery větší než 10 a v komplexní směsi byly přítomny krátké oligomery s nepřirozenými 2′-5′-fosfodiesterovými vazbami, pyrofosfátově vázané oligomery a případně cyklické oligomery.

Příběh DNA

Stejně jako RNA je i deoxyribonukleová kyselina (DNA) lineární polymer nukleotidů. Každý nukleotid se skládá z pentózového cukru, dusíkaté báze a fosfátové skupiny. Cukr-fosfátové vazby vytvářejí vnější páteř, do které se báze zasouvají a vodíkově se spojují s komplementárními bázemi opačné cukr-fosfátové páteře, zipovým způsobem, čímž vzniká známá dvoušroubovicová struktura DNA. Šroubovice může nabývat alternativních podob, kdy se stáčí, aby změnila kompaktnost své spirály, a ohýbá se, aby změnila svůj celkový tvar. Balení DNA v mikroskopicky viditelném chromozomu představuje desetitisícinásobné zkrácení její skutečné délky. O struktuře DNA v přirozeném stavu v buňce je známo jen málo. Je zřejmé, že je dynamická a tím, že DNA nabývá různých podob, řídí různé biologické procesy, jako je replikace, transkripce a rekombinace. To je plodná oblast výzkumu.

Syntéza β-d-ribózy

Abiotický původ DNA je zatížen podobnými problémy jako u RNA.⁴⁸ Syntéza deoxyribózy tvoří zárodek. Již jsme se zmínili o obtížné syntéze i malého množství β-d-ribózy pro výrobu RNA in vitro. Navíc bychom mohli očekávat, že deoxyribonukleotidy budou biosyntetizovány de novo z deoxyribosových prekurzorů. V reálném životě se však složky DNA (deoxyribonukleotidy dADP, dCDP, dGDP a dUDP) syntetizují z odpovídajících ribonukleotidů redukcí polohy C2′. Enzymy, které to provádějí, se nazývají ribonukleotidreduktasy. Existují tři hlavní třídy reduktáz. Všechny nahrazují 2′-OH skupinu ribózy určitým elegantním mechanismem volných radikálů.^49,50 Předpokládá se, že reduktasa třídy III anaerobní Escherichia coli je nejblíže příbuzná společnému předku reduktasy, z níž se pravděpodobně vyvinuly všechny tři hlavní třídy. Předpokládá se, že původní enzym reduktáza, podobný dnešním enzymům třídy III, vznikl před příchodem fotosyntézy, a tedy před výskytem kyslíku.

Nyní lze výše zmíněný enzym třídy III u E. coli indukovat kultivací bakterií v anaerobních podmínkách. Tento enzym je Fe-S protein, který ve své aktivní formě obsahuje volný glycylový radikál citlivý na kyslík.⁵¹ To představuje hádanku: přežití a kontinuální vývoj enzymu citlivého na kyslík, když se objevil kyslík. Na druhé straně reduktázy třídy I vyžadují kyslík pro tvorbu volných radikálů. Jistě se nemohly vyvinout a fungovat v anaerobní první buňce v prostředí bez kyslíku.⁵² Navíc jedním z nejpozoruhodnějších aspektů této ribonukleotidové reduktázy I. třídy E. coli je její schopnost udržet si vysoce reaktivní stav volného radikálu po dlouhou dobu. Zajímavé je, že toho je dosaženo in vivo pomocí vnitřně generovaného kyslíku. Musí být přítomny čtyři proteiny:

• Flavin oxidoreduktáza, která uvolňuje superoxidový ion (O^2-),
• superoxiddismutáza, která rychle přeměňuje tento destruktivní radikál na H₂O₂ a O₂,
• kataláza, která disproporcionuje H₂O₂ na H₂O a O₂, a
• čtvrtý protein, thioredoxin, který funguje jako reduktant.

Kyslík oxiduje Fe II a hluboko uložený tyrosylový zbytek (Tyr122). V tom spočívá potíž. Reduktázy jsou složitá proteinová reakční centra působící v tandemu na sebe navzájem a na 2′-OH skupinu ribózy. Všechny tyto reakce se musely vyvinout dříve než DNA a spolu s RNA. Lze o tom u metabolicky naivního „progenota“ RNA vážně uvažovat?

Původ deoxyribózy a DNA tedy zůstává nevyřešenou záhadou.

I kdyby byla molekula DNA sestavena abioticky, existuje nestabilita a rozpad polymeru hydrolýzou glykosylových vazeb a hydrolytickou deaminací bází.⁵³ Každá lidská buňka denně obrátí 2 000-10 000 purinových bází DNA díky hydrolytické depurinaci a následné opravě. Genetická informace může být stabilně uložena pouze díky baterii opravných enzymů DNA, které prohledávají DNA a nahrazují poškozené nukleotidy. Bez těchto enzymů by bylo nemyslitelné, jak by primitivní buňky udržovaly krok s neustálým poškozováním na vysoké úrovni vlivem prostředí a endogenních reakcí. Pokud by nedošlo k opravě, došlo by ke smrti buňky. Spontánní chyby vznikající v důsledku vnitřní nestability DNA jsou totiž obvykle mnohonásobně nebezpečnější než náhodná poškození způsobená okolním prostředím.⁵⁴ Enzymy opravného systému DNA jsou samy o sobě zázrakem a právem byly jako takové uznány.⁵⁵

Zprávy o kultivaci Bacillus sphaericus ze spor uchovávaných v jantaru více než „25 milionů let“ se neshodují s tím, co je známo o fyzikálně-chemických vlastnostech DNA.⁵⁶

Několik paradoxů DNA

Celkové množství DNA v haploidním genomu je jeho hodnota C. Intuitivně bychom očekávali, že by měl existovat vztah mezi složitostí organismu a množstvím jeho DNA. Neschopnost důsledně korelovat celkové množství DNA v genomu s genetickou a morfologickou složitostí organismu se nazývá paradox C-hodnoty.⁵⁷ Tento paradox se projevuje třemi způsoby.

1. Mnoho rostlinných druhů má dvakrát až desetkrát více DNA na buňku než lidská buňka. Mezi obratlovce s největším množstvím DNA patří obojživelníci. Buňky salamandrů obsahují 10-100krát více DNA než buňky savců. Je těžké pochopit existenci tak velkých nadbytků u organismů evolučně méně složitých než člověk.
2. Značné vnitroskupinové rozdíly v obsahu DNA existují i tam, kde se morfologie příliš neliší. Například bob obecný obsahuje asi třikrát až čtyřikrát více DNA na buňku než bob ledvinový. Až stonásobné rozdíly se vyskytují mezi hmyzem a mezi obojživelníky. Jinými slovy, obsah buněčné DNA nekoreluje s fylogenezí.
3. Zdá se, že velké úseky DNA v genomu například člověka nemají žádnou prokazatelnou funkci. O tom bude pojednáno později.

Introny a exony

Jakmile byly studovány geny nepříbuzných buněk, bylo jasné, že molekulární genetika vyšších organismů se liší od genetiky bakterií. Principy odhalené u prokaryot nelze jednoduše aplikovat na eukaryota. Za prvé, prekurzorová RNA, která se nachází v jádře a nazývá se heterogenní jaderná RNA (hnRNA), byla mnohem větší než mRNA, která z jádra vystupuje do cytoplazmy. Zjistilo se, že lineární molekula hnRNA obsahuje přebytečnou RNA, která se vystřihne, a mRNA se pak vytvoří spojením mezičlánků. Došlo k procesu editace.⁵⁸ Z tohoto zjištění logicky vyplynulo, že podobně musí být konstruována i genomová DNA, z níž byla hnRNA přepsána. Představa ko-lineárního vztahu mezi úsekem DNA a proteinem, který kóduje, není pravdivá, přinejmenším u vyšších organismů.

Slovo „intron“ bylo použito pro označení takové nekódující oblasti strukturního genu. Oddělují od sebe „exony“, které kódují aminokyseliny proteinu.⁵⁹ Například lidský gen β-globinu obsahuje v lineární sekvenci tři exony oddělené dvěma introny v celkové délce 1 600 nukleotidů. Introny jsou hojné u vyšších eukaryot, neobvyklé u nižších eukaryot a vzácné u strukturních genů prokaryot. Rozdíly v délce genů jsou dány především délkou intronů. Od objevu intronů/exonů byly elegantně objasněny složité procesy sestřihu jaderné mRNA. Patří mezi ně pozoruhodné samosplicující introny⁶⁰ a neméně převratné zjištění, že jednotlivé nukleotidy lze po transkripci vložit do RNA a pozoruhodně je tak změnit.⁶¹ Vyvstaly nevyhnutelné otázky. Jakou roli hraje to, že jsou geny rozděleny na kousky? Jak se takové přerušované geny v průběhu času „vyvinuly“?

Jedna hypotéza poukazuje na to, že exony obvykle kódují část proteinu, která se skládá do domény. O tom, co tvoří doménu, se vedou spory. Rozptýlením jednotlivých exonů proteinu mezi introny se usuzuje, že rozbití DNA a opětovné spojení a rekombinace různých exonů je o to snazší. Předpokládá se, že tímto procesem promíchání exonů/domén vznikly nové proteiny s vícedoménovou strukturou. Předpokládá se, že jde o účinnější způsob, jak buňka vytváří bílkoviny, než je tomu u náhodných mutací DNA. Zde se jedná o způsob duplikace, modifikace, sestavování a opětovného skládání jednotek s modulárními funkcemi do větších struktur. Podle této hypotézy je to důvod, proč introny přežily v průběhu času. Lze si položit několik otázek. Zaprvé, přehazování exonů jako prostředek k urychlení evoluce je logicky spjato s pomocným předpokladem, že vlastnictví podobných domén kvalifikuje proteiny k biochemické příbuznosti, což znamená, že tyto proteiny údajně nesou známky původu ze společného proteinu předků.⁶² Konstrukce fylogenetických stromů se však opírá o nestabilní molekulární hodiny a další genetické mechanismy, které z velké části neznáme⁶³, a jak je uvedeno níže, je třeba k nim přistupovat opatrně.

Nehledě na biochemickou příbuznost, nebyly by domény vykonávající podobnou funkci strukturně podobné, jako to vidíme například mezi katalytickými doménami dvou serinových proteáz chymotrypsinu a tkáňového aktivátoru plazminogenu?

Za druhé, sestřih RNA je přesný a složitý postup, který je svou složitostí srovnatelný se syntézou proteinů a iniciací transkripce. Provádí ho ribonukleoprotein 50S až 60S složený z malých jaderných ribonukleoproteinů (snRNP) a také dalších proteinů. Stejně jako se ribozom sestavuje v procesu translace, sestavují se složky spliceozomu uspořádaným způsobem na intronu, který má být sestřihán, před počátečním štěpením 5′ místa sestřihu. Splicing musí být proveden přesně, spojením 5′ konce předchozího exonu s 3′ koncem toho následujícího. Posun rámce byť jen o jeden nukleotid by změnil výslednou zprávu mRNA. Nevyhnutelným závěrem je, že tyto vzájemně propojené komponenty se musely „vyvinout“ společně, protože nedokonalý sestřihový mechanismus je horší než žádný.

Za třetí, byly původní jednotky kódující bílkoviny bezešvé, tj. nepřerušené introny? A byly introny kousky „sobecké DNA“, které se později vloudily do strukturních genů hostitele? Jaký smysl by pak měla následná evoluce několikastupňového komplikovaného sestřihového aparátu, který by introny odstranil?^64-69 Nemělo by prosté odstranění intronů větší smysl pro selekční výhodu?

Za čtvrté, a to je nejdůležitější, transport mRNA z jádra do cytoplazmy je spojen se sestřihováním a nedochází k němu, dokud není dokončen celý sestřih. Jak se RNA dostává do cytoplazmy k translaci během evoluce mechanismu sestřihu? To by narušilo syntézu bílkovin a bylo by proti tomu silně selektováno.^70-72 Proč je dnes splicing ve všech svých variantách tak rozšířený?

Problém by nastal i v případě, že by se introny hojně vyskytovaly v buňkách bez jaderných membrán – u prokaryot. Mattick napsal:

„Pokud by se introny dostaly do genů prokaryotické buňky, nebyla by možnost je odstranit před tvorbou bílkovin a výsledkem by byly „nesmyslné“ nefunkční bílkoviny.“⁷³

To je v podstatě správné, protože k jejich odstranění by byly zapotřebí spliceozomy, ale opět vyvstává otázka po životaschopnosti přechodných fází.

Vztahy mezi exony a proteinovými doménami je třeba ještě vyřešit. Odkud se vzaly introny a jak byly integrovány do genomu, je pro evolucionisty záhadou.⁷⁴

Tyto překrývající se kódy

Poslové RNA obvykle obsahují pouze jeden čtecí rámec, který je dán polohou iniciačního kodonu. Tento správný čtecí rámec překládá nukleotidový kód do funkčního proteinu. Translace začíná na kodonu AUG a pokračuje v trojicích až k terminačnímu kodonu. Počáteční bod může být změněn mutací, která obvykle vzniká vložením nebo odstraněním jednoho nukleotidu, čímž vznikne alternativní čtecí rámec. Chyba posunu rámce vede k syntéze polypeptidu, který se nepodobá normálnímu produktu. Obvykle je neaktivní, a protože se v alternativních rámcích hojně vyskytují stop kodony, je kratší než původní protein.

Některé organismy uchovávají informace ve své DNA ve formě překrývajících se kódů. Překrývající se kódy jsou stále tripletové, ale mají různé iniciační body. Jinými slovy, stejný úsek DNA nese informaci pro výrobu dvou proteinů se zcela odlišnou sekvencí aminokyselin. Tento objev je skutečně překvapivý, protože možnost, že by se geny mohly překrývat v různých čtecích rámcích, představuje závažné evoluční omezení. Příznivá mutace v jednom čtecím rámci musí být příznivá i v druhém. Ukončovací kodon v druhém rámci by byl pro organismus jako celek fatální. Oba překrývající se geny se tedy musí vyvíjet paralelně. Yockey uvažoval o problému z hlediska teorie informace aplikované na biologii, což je samo o sobě podnik plný výhrad.⁷⁵ Podle jeho názoru teorie informace ukazuje, že transkripce ze dvou nebo dokonce tří čtecích rámců v sekvenci DNA nebo RNA je možná za předpokladu, že celkový informační obsah, který má být transkribován, nepřesahuje plnou informační kapacitu sekvence DNA nebo RNA. Tato zajímavá informace je nutným, nikoli však postačujícím vysvětlením vzniku překrývajících se kódů. Zabalení informace pro syntézu dalších nezbytných bílkovin prostřednictvím vetknutí takové informace do již existující sekvence nukleotidů je za předpokladu, že autorem je náhoda, jen málo zázračné.

Většina známých příkladů takových naprogramovaných posunů rámců se vyskytuje ve virových genech.^76,77 Notoricky známý virus hepatitidy B má na dlouhém vlákně své DNA čtyři otevřené čtecí rámce pro výrobu čtyř různých proteinů. V pozoruhodné ukázce naprosté úspornosti se ukazuje, že každý čtecí rámec překrývá nejméně jeden jiný rámec. A kód pro enzym polymerázu překrývá další tři.⁷⁸ Je pravda, že programované posuny rámců nejsou běžné, ale byly nalezeny v širokém spektru organismů. Kvasinky a E. coli také praktikují posun rámců.^79,80 Mechanismy, kterými fungují, zřejmě zahrnují „posunuté“ zprávy v mRNA, kdy ribozomy mohou číst čtyři nukleotidy jako jednu aminokyselinu a pak pokračovat ve čtení trojic. Nebo se mohou vrátit o jednu bázi zpět a teprve poté číst triplety v novém rámci. V úvahu přicházejí i „rozhozené tRNA“.^81-83

Neuniverzální kód

I univerzální kód – silný argument pro hypotézu, že se život na Zemi vyvinul pouze jednou – má velké množství „výjimek“. Ty se obvykle připisují pozdějšímu evolučnímu vývoji, jak ukazuje následující citace z článku Jukese a jeho kolegů. V komentáři k nedostatku molekulárních studií o „více než 10 milionech druhů organismů, které nyní žijí na Zemi a které jsou všechny odvozeny z jediného bazénu předka“, pokračují:

„ … neuniverzální kódy byly objeveny s relativně vysokou četností. Kodon UGA Trp byl nalezen u sedmi druhů Mycoplasma a příbuzných bakterií; nejméně dva druhy neuniverzálního kódu jsou nezávisle na sobě používány u řasnatých prvoků; stejná změna kódu byla nalezena u dvou různých linií organismů, řasnatých prvoků a jednobuněčných zelených řas; linie kvasinek používá ještě jiný kód. Všechny zkoumané nerostné mitochondrie používají neuniverzální kódy, které jsou pro každou linii více či méně charakteristické. Je pozoruhodné, že mitochondrie jednoho druhu používají více než dva neuniverzální kódy; šest u kvasinek, čtyři nebo pět u mnoha bezobratlých a čtyři u obratlovců. Neuniverzální kódy jsou tedy široce rozšířeny v různých skupinách organismů a organel. … Neuniverzální kódy nevznikají náhodně, ale jsou odvozeny z univerzálního kódu v důsledku řady nedestruktivních změn.“⁸⁴

To vše prostě znamená, že hypotézy o původu genetického kódu založené na našem chápání povahy DNA, její transkripce a translace musí být podstatně revidovány.

Mlčící většina

V současné době panuje shoda, že každá teorie o původu DNA musí brát v úvahu, že genomy mnohobuněčných organismů se vyznačují vysokým obsahem intronů. Mattick navrhl, aby introny, které mají vysokou sekvenční složitost, byly považovány za informační RNA (iRNA).⁸⁵ Na každý chromozom se stále více pohlíží jako na složitou „informační organelu“. Přinejmenším někteří dnes považují myšlenku, že existuje „nevyžádaná“ nebo „zbytečná“ DNA, za neudržitelnou,⁸⁶ logické rozšíření však obvykle není dotaženo do konce.

Nezodpovězená otázka se týká obrovského množství DNA ve většině eukaryotických genomů, které zřejmě neslouží žádnému užitečnému účelu. K tomuto nadbytku přispívají introny. Vysoce konzervovaná povaha sekvencí v intronech ukazuje na možnost, že sloužily důležité funkci (funkcím) od doby, kdy se poprvé objevily v genomech svých hostitelů. Například geny myšího a lidského T-buněčného receptoru vykazují 71% homologii v celé své délce 100 kb, přestože méně než šest procent této délky kóduje protein receptoru.⁸⁷ Nedávné studie popisují nález RNA regulátoru genové exprese pocházejícího z intronů jiné mRNA.^88,89 Tato malá RNA se váže na tzv. 3′ nepřekládanou oblast (3’UTR), která leží na konci mRNA každého genu, což opět zkresluje představu o „nefunkční“ RNA.

Geny obsahující introny mají ještě jednu zajímavou vlastnost, kterou v roce 1992 odhalil Peng se svými spolupracovníky v Bostonu. Zavedli novou kvantitativní metodu pro zobrazení korelací v sekvenci nukleotidů. Ke svému překvapení zjistili, že sekvence nukleotidů v genech obsahujících introny je korelována v pozoruhodném rozsahu tisíců párů bází od sebe. Jejich výsledky vycházejí ze statistického hodnocení 24 virových, bakteriálních, kvasinkových a savčích sekvencí. To znamená, že určitý nukleotid na jednom místě by nějakým způsobem ovlivnil, který nukleotid se bude nacházet na vzdálenějším místě. Tato závislost na velké vzdálenosti naznačuje složitou soběpodobnost, která připomíná fraktální dynamiku.⁹⁰ Kromě toho existují náznaky jazykové struktury, podobné té, kterou lze pozorovat u běžných jazyků, v délkách DNA nekódující proteiny. Jejich zjištění podporují možnost, že nekódující oblasti DNA mohou nést biologickou informaci. Dva standardní lingvistické testy, které byly použity, byly testy George Zipfa a Clauda Shannona. U obou testů byly výsledky pro kódující oblasti genů negativní⁹¹.

Začínají se odhalovat charakteristické a dříve netušené vlastnosti genomové DNA. Překvapivé jsou úrovně nesmírné složitosti, které se skrývají v její struktuře. Nebude od věci použít analogii. Při pohledu z velké výšky na silnici protínající délku kontinentu by se bytost z vesmíru mohla zprvu podivit, k jakému účelu by taková struktura mohla sloužit. Neznalý lidských cest si mimozemšťan uvědomí, že stužkovitá struktura ve skutečnosti spojuje oblasti, které jsou v noci intenzivně osvětlené, což jsou samozřejmě naše města a obce.

Další studium mimozemšťana je ještě objevnější. Zdá se, že noční jasné útvary korelují s polohou země, jejími horskými pásmy, řekami a podzemními nerostnými zdroji. Mimozemšťan může být dokonce na chvíli rozptýlen otázkou, zda je dřív odkaz, nebo entity! Může však dojít k závěru, že struktura, kterou zkoumal, není po celé své délce ani náhodná, ani záměrná, ale slouží k propojení entit, které samy o sobě vykazují záměr a účel.

To, co je stále více vidět, jak se příběh DNA rozvíjí, je zřejmým důkazem inteligentního záměru, který se rozprostírá po celé molekule. To, co se dříve považovalo za ohromný 95procentní přebytek opakující se a neužitečné DNA, se ukazuje jako interaktivní regulační síť řídící genovou expresi ve zbývajících pěti procentech. Dokonce i skromná sekvence trinukleotidových repetic CAG byla zapojena do patogeneze řady závažných neurologických onemocnění.⁹² To ilustruje komplikovanost nejjednodušších kódů ve složité regulační síti a dále zatěžuje představy o abiotickém původu kódu. Na závěr mi dovolte citovat redaktora časopisu Nature, který v roce 1994 napsal:

„Problém genetického kódu má několik aspektů, z nichž nejpřesvědčivější je ten, proč je takový, jaký je … bylo přirozené, že lidé hledali vysvětlení, a to jak kvůli němu samotnému, tak proto, že pochopení toho, jak se kód vyvinul, musí být jistě ukazatelem ke vzniku samotného života … Už tehdy bylo jasné, že genetický kód není pouhou abstrakcí, ale ztělesněním životních mechanismů; po sobě jdoucí trojice nukleotidů v DNA (nazývané kodony) se dědí, ale také řídí stavbu bílkovin.

„Je tedy zklamáním, ale nikoli překvapením, že původ genetického kódu je stále stejně nejasný jako vznik života samotného.“⁹³

Původ proteinů

Stejně jako u d-cukrů sacharidů, tak i u aminokyselin, z nichž se tvoří bílkoviny. Jejich optická aktivita je typicky l (levotočivá). d-aminokyseliny se vyskytují v bakteriálních produktech a peptidových antibiotikách, ale do bílkovin se nezačleňují prostřednictvím ribozomálního systému syntézy bílkovin.

Téměř úplná dominance jedné chirální formy v současných formách života je záhadou. Životně důležité procesy, jako je biosyntéza bílkovin, aktivita ligandů a receptorů, vazba substrátů, enzymatická katalýza a interakce antigenů a protilátek, závisí na přítomné chemické rukojetnosti. Fisun a Savin poskytli další příklad monochirální užitečnosti tím, že zkoumali přenos protonů podél řetězce tvořeného aminokyselinami s vodíkovou vazbou.⁹⁴ Koneckonců membránové proteiny jsou strukturovány tak, aby umožňovaly takový přenos jako prostředek regulace koncentrace protonů. Zkoumanými aminokyselinami byly l-tyrosin, l-serin a l-treonin. Ptali se, co by se stalo, kdyby dlouhá sekvence těchto kyselin nesoucích OH byla přerušena nepřirozeným d-izomerem? Jejich analýzy ukázaly, že potlačuje přenos přes síť vodíkových vazeb. Autoři poukazují na obecně rušivé účinky, které by deformace přírodních polymerů d-aminokyselinami měla na různé biologické jevy, jako je výměna informace, náboje, energie a hmoty.

Evoluční vysvětlení levotočivých aminokyselin spočívá jednoduše v tom, že společný předek měl čirou náhodou tento zrcadlový obraz. Otřepaná vysvětlení, jako je anizotropní efekt lomeného světla, jsou přesvědčivá jen pro ty, kdo je navrhují. „Chirální pole„, která by mohla způsobit kritický prebiotický přechod k jednomu chirálnímu druhu, byla rozpracována na papíře.⁹⁵ Potíž je v tom, že zatím se nepodařilo vyřešit zdánlivě jednoduchý problém překlopení experimentálních vah ve prospěch jednoho ze dvou izomerů.

„Tvrdí, že vysvětluje, jak život vznikl, ale v hluboké otázce „rukopisu“ života neexistuje žádný selektivní mechanismus, který by mohl věrohodně podpořit.”

Problém chirality je pro vznik života klíčový. Darwinova evoluce totiž zahrnuje selekci, proces, který odděluje „vhodné“ od „nevhodných“. „Vhodní“ jsou pak rozmnožováni, aby bylo zajištěno potomstvo. „Vhodní“ jsou ti, kteří jsou schopni dělat jednu ze dvou věcí, v závislosti na myšlenkové škole. Škola „nejprve geny“ předpokládá primitivní replikony, které se později obklopily metabolickými cykly.^96,97 Škola „nejprve buňky“ představuje primitivní buňky pokryté primitivními membránami zapojené do jakési metabolické výměny s okolím. Ty se množily jednoduchou expanzí následovanou dělením. Genetické mechanismy dědičnosti se vyvíjely postupně.^98,99 Obě školy se zakládají na neřešitelné a nevyřešené otázce – co bylo dřív, homochiralita, nebo život?¹⁰⁰ Pokud zastáváme názor, že dřív byla homochiralita, znamená to přiznání, že bez „levotočivých“ aminokyselin a „pravotočivých“ cukrů by struktury a procesy života nebyly možné. Pak je třeba vysvětlit původ homochirality. Pokud předpokládáme, že život vznikl jako první, pak říkáme, že chiralita nebyla důležitá pro vznik struktur a procesů života, jak je známe dnes. Člověk musí vstoupit do speciální obhajoby značně odlišného metabolismu v „protobiontu“ a ignorovat například klíčovou roli homopolymerů polypeptidů v sítích s vodíkovými vazbami pro transport protonů a elektronů.¹⁰¹ Člověk také musí vysvětlit úspěšný přechod k homochiralitě, jak ji máme dnes.

Logický závěr z těchto úvah je jednoduchý a úsporný, že homochiralita a život vznikly společně. Evoluční pověsti však takovou představu zakazují. Tvrdí, že vysvětluje, jak život vznikl, ale v hluboké otázce „rukopisu“ života neexistuje žádný selekční mechanismus, který by mohla věrohodně podpořit.

Skládání proteinů

Mnoho úvah bylo věnováno navrhování cest, jak se čerstvě vytvořený polypeptidový řetězec skládá do svého jedinečného tvaru.¹⁰² Biologické systémy jsou však ze své podstaty komplikované a stejně tak i jejich složky. Dnes je představa, že se proteiny mohou samy skládat, upravena tak, aby zahrnovala úžasnou roli, kterou hrají pomocné proteiny zvané chaperony, poprvé identifikované u E. coli.^103-107 Chaperony se vyskytují ve všech typech buněk a v každém buněčném oddělení. Vážou se na cílové proteiny, aby usnadnily správné skládání, zabránily nebo zvrátily nesprávné asociace a chránily jejich náhodnou degradaci. Zvláštní pozornost si zaslouží podskupina chaperonů zvaná chaperoniny. Jsou to velké, soudkovité polymerní proteiny přítomné v bakteriích, mitochondriích, chloroplastech a eukaryotech. Obalují proteinové řetězce v dutině, chráněném mikroprostředí, aby umožnily hostujícím molekulám správné složení. Chaperony využívají energii hydrolýzy ATP k navázání a uvolnění svých nábojů. Podílejí se také na mnoha procesech sestavování makromolekul, včetně sestavování nukleosomů, transportu proteinů u bakterií, sestavování bakteriálních pili, vazby transkripčních faktorů a sestavování ribozomů u eukaryot. Podskupina molekulárních chaperonů se dokonce podílí na přenosu signálu. Vyplývá to ze zjištění, že receptory steroidních hormonů, což jsou cytoplazmatické proteiny, se spojují nejen s příslušnými hormony, ale vyžadují také chaperony, aby vytvořily funkční recyklační komplexy.¹⁰⁸ Takové strukturní uspořádání musí být vysoce konzervované, když vidíme, že tyto chaperony se vyskytují v podobných makromolekulárních komplexech u tak rozmanitých organismů, jako jsou savci a kvasinky.¹⁰⁹ To má svědčit o jejich velké starobylosti (pokud je evoluce pravdivá), protože správně složené proteiny jsou naprosto nezbytné pro životaschopnost buňky.

Lodish a jeho spoluautoři vyjadřují svůj názor:

„Skládání proteinů in vitro je neefektivní; pouze menšina z nich projde kompletním skládáním během několika minut. Je zřejmé, že proteiny se musí správně a efektivně skládat in vivo, jinak by buňky ztrácely mnoho energie při syntéze nefunkčních proteinů a při degradaci nesprávně složených a rozložených proteinů.“¹¹⁰

Jak se buněčné proteiny vyhýbaly tomu, aby se jednotlivě svazovaly do kliček a tělesně do agregátů, než se na scéně objevily chaperony? Jestliže chaperony pomáhají jiným proteinům při skládání, jaký mechanismus pomáhá chaperonům při skládání? A chaperony jsou samy o sobě složité proteiny. Dobře prozkoumaný chaperonin Cpn60 má jedinečnou strukturu, skládá se ze čtrnácti identických podjednotek proteinu o velikosti 60 kDa uspořádaných do dvou na sebe naskládaných kruhů po sedmi.^111,112 Interaguje s dalším konzervovaným proteinem chaperoninem Cpn10, který je sám komplexem sedmi podjednotek.¹¹³ Odpovědi na tyto otázky by byly vskutku poučné.

Starověké buňky

Prokaryota a eukaryota

Existence chaperonů ovlivňuje hypotézu vzniku eukaryot pomocí endosymbiontů. Tato hypotéza předpokládá, že chloroplasty a mitochondrie začaly jako volně žijící aerobní předci prokaryot, kteří byli pohlceni a vytvořili vzájemně výhodný vztah s dávným velkým anaerobním prokaryotem s jádrem.^114,115 Z těchto endosymbiontů se staly zmíněné organely, které pak zřejmě ztratily mnoho vlastních genů v jádrech svých hostitelů. V současné době je časový rámec hladiny kyslíku na pravěké Zemi velmi sporný vzhledem k rozporuplným paleobiologickým důkazům.¹¹⁶ Nicméně není jasné, jak byl možný stabilní vztah mezi pozřenými aerobními vetřelci a anaerobním, resp. aerotolerantním hostitelem a proč by se některé geny měly přenášet do jádra hostitele a jiné ne.

Představu o tom, kolik genů bylo „ztraceno“ do hostitelského jádra, lze získat ze skutečnosti, že cytosol syntetizuje pro mitochondrie následující proteiny: ribozomální proteiny, enzymy replikace DNA, aminoacyl-tRNA syntázy, RNA polymerázu, rozpustné enzymy cyklu kyseliny citronové atd.¹¹⁷ Je zřejmé, že vzhledem k tomu, že proteiny jsou vytvářeny na dvou oddělených místech, musí být jaderně kódované proteiny importovány do mitochondrií a chloroplastů. To není usnadněno skutečností, že importované proteiny musí překonat subkompartmenty, aby se dostaly do obou organel, protože organely mají dvojité membrány: dva subkompartmenty v případě mitochondrií, tři v případě chloroplastů kvůli thylakoidní membráně.

Zde je zapotřebí chaperonů, které vážou polypeptidové řetězce právě ve chvíli, kdy vystupují speciálními póry do mitochondriální matrix. Pomoc při skládání proteinů poskytují ještě další chaperony, které jsou blízko.¹¹⁸ Podobný proces funguje při importu proteinů do chloroplastu. Protože rostlinné buňky mají jak chloroplasty, tak mitochondrie, jsou k odeslání proteinů na správné adresy zapotřebí také dva různé druhy signálních peptidů.¹¹⁹ Popsaná velmi složitá transportní uspořádání nás nutí klást si otázku, jak vznikla a jaké selektivní výhody mohlo mít pro původní endosymbionty sdílení genomů s jádrem hostitelské buňky. Jako by to nebylo dost složité, další logický a logistický problém vytváří skutečnost, že všechny mastné kyseliny hostitelské buňky a řada aminokyselin jsou vyráběny enzymy ve stromatu chloroplastu. Nyní máme přenos v opačném směru.¹²⁰

Nejstarší buňka

Poněkud předbíháme, protože endosymbióza mohla proběhnout pouze tehdy, když existovaly buňky s dobře vyvinutým metabolismem. Těmi byly tři prokaryotické linie – archeobakterie, eubakterie a ta prokaryota nesoucí jádro, která byla určena k zahájení eukaryotické linie získáním organel.^121,122 Předchůdcem těchto tří v čase byl jejich hypotetický univerzální předek, stojící u samého kořene fylogenetického stromu – anaerobní prokaryota zahalená tajemstvím, sotva přežívající na nejjednodušších molekulách difundujících z okolí. Jak jednoduchý byl jeho metabolismus? Nedávná učebnice naznačuje, že to musela být glykolýza.

„Pokud se metabolické dráhy vyvíjely postupným přidáváním nových enzymatických reakcí k těm stávajícím, měly by být nejstarší reakce, podobně jako nejstarší letokruhy v kmeni stromu, nejblíže středu „metabolického stromu“, kde se syntetizují nejzákladnější ze základních molekulárních stavebních kamenů. Tuto pozici v metabolismu pevně zaujímají chemické procesy, které zahrnují fosfáty cukrů, mezi nimiž je pravděpodobně nejústřednější sled reakcí známý jako glykolýza, jímž lze odbourávat glukózu za nepřítomnosti kyslíku (tedy anaerobně). Nejstarší metabolické dráhy by musely být anaerobní, protože v atmosféře primitivní Země nebyl volný kyslík.“¹²³

Je krajně nepravděpodobné, že by nejstarší buňka byla takovým heterotrofem „živícím se“ organickými sloučeninami, jako jsou kyseliny a cukry. Mnoho dnešních striktně anaerobních bakterií štěpí glukózu Entnerovou-Doudorovou cestou. Tato dráha se skládá z více než šesti enzymů působících v posloupnosti, a proto je na rudimentární první buňku poměrně pokročilá.

Pokud mají specifické vlastnosti předka odrážet geotermální prostředí, které obýval, mělo by jít o termofilního autotrofa, tedy buňku tolerující teplo a živící se nejjednoduššími sloučeninami. Stává se, že dnešní archeobakterie obývají prostředí s extrémním teplem nebo slaností či kyselostí. Dokážou využívat (fixovat) CO₂, i když ne Calvinovým cyklem jako většina fotosyntetických organismů. Současný názor je totiž takový, že nejblíže prototypu nejstarší buňky jsou ty Archaebakterie, které jsou zcela anaerobní, s anorganickými akceptory elektronů, a které používají H₂ a CO₂ jako jediný reduktant, respektive zdroj uhlíku.¹²⁴ Tyto buňky nazývané chemolitotrofy jsou (byly) schopny získávat energii a syntetizovat své buněčné složky z jednoduchých molekul, jako jsou SO₄ ^2-, S₂, H₂ a CO₂. Pro většinu anaerobních archeobakterií může být CO2 jediným zdrojem uhlíku pro růst a acetyl-CoA je ústředním biosyntetickým meziproduktem nebo „stavebním kamenem“ pro další molekuly. Tvorba acetyl-CoA vyžaduje dvě molekuly CO₂, komplex niklových enzymů a další kofaktory. Kromě toho je pyruvát získaný rozkladem glukózy přeměněn na acetyl-CoA pomocí enzymu thiamin-pyrofosfátu (TPP) zvaného pyruvát oxidoreduktáza.¹²⁵

Nábor koenzymů, jako je TPP, tak brzy v evoluci je záhadný. Nedávno se Keefe a jeho kolegové pokusili o úspěšnou syntézu pantetheinu, prekurzoru koenzymu A, přičemž předpokládali hojnost prekurzorových molekul na primitivní Zemi. Zahříváním pantetheinu s ATP nebo ADP se nepodařilo vytvořit defosfokoenzym A.^126,127 Když to vezmeme kolem a kolem, chemolitotrof, ať už starověký nebo moderní, je všechno, jen ne jednoduchý na to, jaké má enzymy a metabolické dráhy.

Repríza

Evoluce je součástí jak biologie, tak historie.¹²⁸ Evolucionisté se snaží rozplést spletité nitky hypotetických dávných forem života, o nichž se předpokládá, že se vyvíjely po miliardy let. Doufají, že se tak dozvědí tajemství této nejhlubší vědecké záhady, totiž vzniku života.
Hnací síly tohoto podniku jsou dvě: fosilní záznamy buněčných struktur a rozumný závěr, že změny molekul nukleotidů a proteinů v průběhu času by měly umožnit vysledovat jejich předky.
Z prvně jmenovaných jsou zde nezvratné důkazy o přítomnosti prekambrických stromatolitů. Ty naznačují, že buňky identické s moderními sinicemi prosperovaly již v době 3,5 Ga.^129-132 To a objev fosilie řasy Grypania¹³³ podporují nejstarší data vzniku plně vyvinutých buněk a vychýlily současný názor na obsah kyslíku v primitivní atmosféře směrem k vyšším hodnotám.¹³⁴ Silnou podporu poskytují také Schidlowského studie o frakcionaci izotopů uhlíku ve voskovitých uhlíkových polymerech (kerogenech) archeických sedimentů. Při fotosyntéze je poněkud více lehčího ¹²CO₂ fixováno v mírné preferenci před těžším ¹³CO₂. Obohacení ¹²C oproti ¹³C v kerogenech extrahovaných z hornin o velikosti 3,8 Ga je důkazem, že fotosyntetický život musel existovat téměř 4 Ga¹³⁵.

Nyní se zdá, že na genezi anaerobní první buňky – prapůvodce světa RNA – zbývá málo času nebo vůbec žádný.

Čas, který je k dispozici pro vznik buňky, se smrskl na jednu desetinu nebo méně, než se předpokládalo.^136,137 Nyní se zdá, že pro genezi anaerobní první buňky – progenota světa RNA – zbývá málo času nebo vůbec žádný.¹³⁸

Obrátíme-li se nyní k zakořenění fylogenetického stromu života, badatelé v této oblasti vyjádřili obavy z pokusů o to a přimlouvají se za větší pochopení fylogenetických metod. Teprve nedávno Hillis a Huelsenbeck varovali, že:

„… současné fylogenetické implementace maximální věrohodnosti jsou omezeny na relativně jednoduché, a tudíž nerealistické modely evoluce.“¹³⁹

Současně se pracovníci v Kanadě a Švýcarsku vyjádřili k nejistotám při pokusech o vypracování fylogeneze pomocí metod parsimonie i maximální věrohodnosti.^140,141
Současné přesvědčení, že prapůvodní linie života vede přes archeobakterie, se také potýká s velkými nevyřešenými problémy se zakořeněním stromu, o čemž svědčí následující názory:

„Použití proteinové fylogeneze k zakořenění stromu života však není bezpečné; kromě možnosti laterálního přenosu genů si nemůžeme být jisti, že proteiny srovnávané v jednotlivém stromu pocházejí z jediného genu společného předka nebo z již zdvojených genů.“¹⁴²

Doolittle lituje, že mezi různými druhy biologů „stále panují hluboké neshody ohledně toho, co je to fylogenetická taxonomie“.¹⁴³

Závěrem lze říci, že molekulární biologie v posledních letech odhalila dříve nepředstavitelnou úroveň propracovanosti detailů subcelulární organizace a funkce.^144-149 Dostupné důkazy z terénu a laboratoře nejsou příznivé pro teorii, že život začal náhodným sestavením samoreplikující se molekuly. V současné době je přijímána s tolika výhradami, že její vědecká integrita, a to i jako heuristické pomůcky, je sporná.

Reference

1. Jones, J.H. and Drake, M.J., Geochemical constraints on core formation in the Earth, Nature 322:221–228, 1986.
2. Towe, K.M., Aerobic respiration in the Archaean? Nature 348:54–56, 1990.
3. Bowring, S.A. and Housh, T., The Earth’s early evolution, Science 269:1535–1540, 1995.
4. Widdel, F., Ferrous iron oxidation of anoxygenic phototrophic bacteria, Nature 362:834–836, 1993.
5. Han, T.-M. and Runnegar, B., Megascopic eukaryotic algae from the 2.1-billion-year-old Negaunee Iron-Formation, Michigan, Science 257:232–235, 1992.
6. Lowe, D.R., Stromatolites 3,400-Myr old from the Archaean of Western Australia, Nature 284:441–443, 1980.
7. Walter, M.R., Buick, R. and Dunlop, J.S.R., 1980, Stromatolites 3,400-3,500 Myr old from the North Pole area, Western Australia, Nature 284:443-445.
8. Orpen, J.L. and Wilson, J.F., 1981, Stromatolites at 3,500 Myr and a greenstone-granite unconformity in the Zimbabwean Archaean, Nature 291:218–220.
9. Byerly, G.R., Lowe, D.R. and Walsh, M.M., Stromatolites from the 3,300-3,500 Myr Swaziland Group, Barberton Mountain Land, South Africa, Nature 319:489–491, 1986.
10. Riding, R., The algal breath of life, Nature 359:13–14, 1992.
11. Voet, D. and Voet, J.G., 1995, Biochemistry, John Wiley and Sons, Inc., New York, p. 21.
12. Darnell, J., Lodish, H. and Baltimore, D., Molecular Cell Biology, second edition, Scientific American Books, distributed by W.H. Freeman and Co., New York, pp. 1049–1071, 1990.
13. Lodish, H., Baltimore, D., Berk, A., Zipursky, S.L., Matsudaira, P. and Darnell, J., Molecular Cell Biology, third edition, Scientific American Books, distributed by W.H. Freeman and Co., New York, p. 9, 1995.
14. Stryer, L., Biochemistry, fourth edition, W.H. Freeman and Co., New York, 1995.
15. Orgel, L.E., The origin of life on the Earth; in: Life in the Universe, Scientific American 271(4):53–61, 1994.
16. Orgel, Ref. 15, p. 56.
17. Sagan, C., The search for extraterrestrial life; in: Life in the Universe, Scientific American 271(4):71–77, 1994.
18. Alberts, B., Bray, D., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. and Watson, J.D., Molecular Biology of the Cell, third edition, Garland Publishing Inc., New York and London, p. 4, 1994.
19. Mason, S., Origin of biomolecular chirality, Nature 314:400–401, 1985.
20. Miller, S.L. and Bada, J.L., Submarine hot springs and the origin of life, Nature 334:609–611, 1988.
21. Lowe, Ref. 6.
22. Walter et al., Ref. 7.
23. Orpen and Wilson, Ref. 8.
24. Byerly et al., Ref. 9.
25. Han and Runnegar, Ref. 5.
26. Riding, Ref. 10.
27. Widdel, Ref. 4.
28. Raup, D.M. and Valentine, J.W., Multiple origins of life, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 80:2981–2984, 1983.
29. Compton, W. and Pidgeon, R.T., Jack Hills, evidence of more very old detrital zircons in Western Australia, Nature 321:766–769, 1986.
30. Schidlowski, M., A 3,800-million-year isotopic record of life from carbon in sedimentary rocks, Nature333:313–318, 1988.
31. Hoyle, F., 1983, The Intelligent Universe, Michael Joseph, London, p. 16.
32. Sagan, Ref. 17, p. 75.
33. Sharp, P.A., Ribozymes, Current Opinions in Structural Biology 4:322–330, 1994.
34. Lewin, R., RNA catalysis gives fresh perspective on the origin of life, Science 231:545–546 1986.
35. Cech, T.R., Self-splicing of group I introns, Annual Review of Biochemistry 59:543–568, 1990.
36. Steitz, J.A., „Snurps”, Scientific American 258(6):56–63, 1988.
37. Joyce, G.F., RNA evolution and the origins of life, Nature 338:217–224, 1989.
38. Robertson, M.P. and Miller, S.L., An efficient prebiotic synthesis of cytosine and uracil, NatureE 375:772–774, 1995.
39. Joyce, Ref. 37, p. 221.
40. Lohrmann, R. and Orgel, L.E., 1971, Urea-inorganic phosphate mixtures as prebiotic phosphorylating agents, Science 171:490–494.
41. Orgel, L.E., Molecular replication, Nature 358:203–209, 1992.
42. Ferris, J.P., Hill Jr, A.R., Liu, R. and Orgel, L.E., Synthesis of long prebiotic oligomers on mineral surfaces, Nature 381:59–61, 1996.
43. Joyce, Ref. 37, pp. 222, 223.
44. Orgel, Ref. 15, p. 61.
45. Nielson, P.E., Egholm, M., Berg, R.H. et al., Sequence-selective recognition of DNA by strand displacement with a thymine-substituted polyamide, Science 254:1497–1500, 1991.
46. Egholm, M., Buchardt, O., Christensen, L. et al., PNA hybridizes to complementary oligonucleotides obeying the Watson-Crick hydrogen bonding rules, Nature 365:566–568, 1993.
47. Böhler, C., Nielsen, P.E. and Orgel, L.E., Template switching between PNA and RNA oligonucleotides, Nature 376:578–581, 1995.
48. Joyce, Ref. 37.
49. Nordlund, P. and Eklund, H., Structure and function of the Escherichia coli ribonucleotide reductase protein R2, Journal of Molecular Biology 232:123–164, 1993.
50. Sjöberg, B.M., The ribonucleotide reductase jigsaw puzzle: a large piece falls into place, Structure, 2:793–796, 1994.
51. Mao, S.S., Holler, T.P., Yu, G.X. et al., A model for the role of multiple cysteine residues involved in ribonucleotide reduction: amazing and still confusing, Biochemistry 31:9733–9743, 1992.
52. Reichard, P., From RNA to DNA, why so many ribonucleotide reductases? Science 260:1773–1777, 1993.
53. Lindahl, T. and Karlström, O., Heat-induced depyrimidation of deoxyribonucleic acid in neutral solution, Biochemistry 12:5151–5154, 1973.
54. Lindahl, T., Instability and decay of the primary structure of DNA, Nature 362:709–715, 1993.
55. Koshland, D.E., Jr, Molecule of the year: the DNA repair enzyme, Science 266:1925–1926, 1994.
56. Fischman, J., Have 25-million-year-old bacteria returned to life? Science 268:977, 1995.
57. Lodish et al., Ref. 13, p. 312.
58. Dreyfuss, G., Matunis, K.J., Piñol-Roma, S. and Burd, C.G., hnRNP proteins and the biogenesis of mRNA, Annual Review of Biochemistry 62:289–321, 1993.
59. Gilbert, W., Genes-in-pieces revisited, Science 228:823–824, 1985.
60. Cech, T.R., RNA as an enzyme, Scientific American 255:64–75, 1986.
61. Benne, R., RNA editing: how a message is changed, Current Opinion in Genetics and Development, 6:221–231, 1996.
62. Patterson, C., Molecules and Morphology in Evolution: Conflict or Compromise?, Cambridge University Press, Cambridge, UK, 1987.
63. Doolittle, R.F., Of Urfs and Orfs, A primer on how to analyze derived amino acid sequences, University Science Books, California, p. 38, 1986.
64. Green, M.R., Biochemical mechanisms of constitutive and regulated pre-mRNA splicing, Annual Review of Cell Biology 7:559–599, 1991.
65. Moore, M.J. and Sharp, P.A., Evidence for two active sites in spliceosome provided by stereochemistry of pre-mRNA splicing, Nature 365:364–368, 1993.
66. McKeown, M., The role of small nuclear RNAs in RNA splicing, Current Opinions in Cell Biology 54:448–454, 1993.
67. Nilsen, T.W., RNA-RNA interactions in the spliceosome: unravelling the ties that bind, Cell 78:1–4, 1994.
68. Horowitz, D.S. and Krainer, A.R., Mechanisms for selecting 5’ splice sites in mammalian pre-mRNA splicing, Trends in Genetics 10:100–105, 1994. Return to text.
    Sharp, P.A., Nobel lecture: split genes and RNA splicing, Cell 77:805–815, 1994.
69. Green, M.R., Pre-mRNA processing and mRNA nuclear export, Current Opinions in Cell Biology 1:519–525, 1989.
70. Spector, D.L., Nuclear organization of pre-mRNA processing, Current Opinions in Cell Biology 5:442–447, 1993.
71. Jimenez-Garcia, L.F. and Spector, D.L., In vivo evidence that transcription and splicing are co-ordinated by a recruiting mechanism, Cell 73:47–59, 1993.
72. Mattick, J.S., Introns: evolution and function, Current Opinions in Genetic Developments, 4:823–831, 1994.
73. Hurst, L.D., The uncertain origin of introns, Nature 371:381–382, 1994.
74. Yockey, H.P., Do overlapping genes violate molecular biology and the theory of evolution? Journal of Theoretical Biology 80:21–26, 1979.
75. Moore, R., Dixon, M., Smith, R., Peters, G. and Dickson, C., Complete nucleotide sequence of a milk-transmitted mouse mammary tumour virus: two frameshift suppression events are required for translation of gag and pol, Journal of Virology, 61:480–490, 1987.
76. Jacks, T., Madhani, H.D., Masiarz, F.R. and Varmus, H.E., Signals for ribosomal frameshifting in the Rous sarcoma virus gag-pol region, Cell 55:447–458, 1988.
77. Tiollais, P., Purcell, D. and Dejean, A., The hepatitis B virus, Nature 317:489–495, 1985.
78. Wilson, W., Malim, M.H., Mellor, J., Kingsman, A.J. and Kingsman, S.M., Expression strategies of the yeast retrotransposon Ty: a short sequence directs ribosomal frameshifting, Nucleic Acid Research, 14:7001–7016, 1986.
79. Craigen, W.J. and Caskey, C.T., 1986, Expression of peptide chain release factor 2 requires high-efficiency frameshift, Nature 322:273–275.
80. Hatfield, D. and Oroszlan, S., The where, what and how of ribosomal frameshifting in retroviral protein synthesis, Trends in Biochemical Science 15:186–190, 1990.
81. Weiss, R.B., Ribosomal frameshifting, jumping and read through, Current Opinions in Cell Biology 3:1051–1055, 1991.
82. Gesteland, R.F., Weiss, R.B.and Atkins, J.F., Recoding: reprogrammed genetic coding, Science 257:1640–1641, 1992.
83. Osawa, S., Jukes, T.H., Watanabe, K. and Muto, A., Recent evidence for the evolution of the genetic code, Microbiology Review, 56:229–264, 1992. Return to text.
    Mattick, Ref. 73, p. 827.
84. Nowak, R., Mining treasures from „junk DNA”, Science 263:608–610, 1994.
85. Koop, B.F. and Hood, L., Striking sequence similarity over almost 100 kilobases of human and mouse T-cell receptor DNA, Nature Genetics 7:48–53, 1994.
86. Lee, R.C., Feinbaum, R.L. and Ambros, V., The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14, Cell 75:843–854, 1993.
87. Wightman, B., Ha, I. and Ruvkin, G., Post-transcriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal formation in C. elegans, Cell 75:855–862, 1993.
88. Peng, C-K., Buldyrev, S.V., Goldberger, A.L., Havlin, S., Sciortino, F., Simons, M. and Stanley, H.E., Long-range correlations in nucleotide sequences, Nature 356:168–170, 1992.
89. Mantegna, R.N., Buldyrev, S.V., Goldberger, A.L., Havlin, S., Peng, C-K., Simons, M. and Stanley, H.E., Physical Review Letters 73:3169–3172, 1994. Return to text.
    Warren, S.T., The expanding world of trinucleotide repeats, Science 271:1374–1375, 1996.
90. Maddox, J., The genetic code by numbers, Nature 367:111, 1994. Return to text.
    Fisun, O.I. and Savin, A.V., Homochirality and long-range transfer in biological systems, BioSystems, 27:129–135, 1992.
91. Avetisov, V.A. and Goldanskii, V.I., Chirality and the equation of the „biological big bang”, Physical Letters A172:407–410, 1993.
92. Schuster, P., Molecular evolution as a complex optimization problem; in: Babloyantz, A. (ed.), Self-Organization, Emerging Properties, and Learning, NATO ASI Series B260, Plenum, New York, pp. 241–254, 1991.
93. Eigen, M., Steps Towards Life: A Perspective on Evolution (with R. Winckler-Oswatitch), Oxford University Press, Oxford, 1992.
94. Fox, S.W., Molecular selection and natural selection, Quarterly Reviews in Biology 61:375–386, 1986.
95. Fleischaker, G.R., Origins of life: an operational definition, Origins of Life, Evolution and the Biosphere, 20:127–137, 1990.
96. Cohen, J., Getting all turned around over the origins of life on earth, Report on “The origin of homochirality in life”, February 15–17, 1995, Science 267:1265–1266, 1995.
97. Fisun and Savin, Ref. 94.
98. Weissman, J.S., All roads lead to Rome? The multiple pathways of protein folding, Chemistry and Biology 2:255–260, 1995.
99. Ellis, R.J. and Hemmingsen, S.M., Molecular chaperones: proteins essential for the biogenesis of some macromolecular structures, Trends in Biochemical Science 14:339–342, 1989.
100. Ellis, R.J., Molecular chaperones: the plant connection, Science 250:954–959, 1990.
101. Matthews, C.R., Pathways of protein folding, Annual Review of Biochemistry 62:653–684, 1993.
102. Rassow, J. and Pfanner, N., Protein biogenesis: chaperones for nascent polypeptides, Current Biology 6:115–118, 1996.
103. Hartl, F-U., Hlodan, R. and Langer, T., Molecular chaperones in protein folding: the art of avoiding sticky situations, Trends in Biochemical Science 19:20–25, 1994.
104. Kimura, Y., Yahara, I. and Lindquist, S., Role of the protein chaperone YDJ1 in establishing Hsp90-mediated signal transduction pathways, Science 268:1362–1365, 1995.
105. Smith, D.F. and Toft, D.D., Steroid receptors and their associated proteins (review), Molecular Endocrinology 7:4–11, 1993.
106. Lodish et al., Ref. 13, pp. 74–75.
107. Martin, J., Langer, T., Boteva, R., Schramel, A., Horwich, A.L. and Hartl, F-U., Chaperonin-mediated protein folding at the surface of GroEL through a “molten-globule”-like intermediate, Nature 352:36–42, 1991.
108. Brag, K., Hainfield, J., Simon, M., Furuya, F. and Harowich, A.L., Polypeptide bound to the chaperonin GroEL within a central cavity, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 90:3978–3982, 1993.
109. Gray, T.E. and Fersht, A.R., Co-operativity in ATP hydrolysis by GroEL increased by GroES, FEBS Letters 292:254–258, 1991.
110. Margulis, L., Symbiosis in Cell Evolution, W.H. Freeman and Co., 1981.
111. Perna, N.T. and Kocher, T.D., Mitochondiral DNA molecular fossils in the nucleus, Current Biology 6:128–129, 1996.
112. Knoll, A.H., The early evolution of eukaryotes: a geological perspective, Science 256:622–627, 1992.
113. Alberts et al., Ref. 18, p. 716.
114. Pfanner, N. and Meijer, M., Pulling in the proteins, Current Biology 5:132–135, 1995.
115. Watson, M.D. and Murphy, D.J., Genome organisation, protein synthesis and processing in plants; in: Peter, J.L. and Leegood, R.C. (eds.), Plant Biochemistry and Molecular Biology, John Wiley and Sons, pp, 197–219, 1995.
116. Alberts et al., Ref. 18, p. 696.
117. Woese, C.R., Bacterial evolution, Microbiology Reviews, 51:221–271, 1987.
118. Woese, C.R., Kandler, O. and Wheelis, M.L., Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria and Eucarya, Proceedings of the National Academy of Sciences USA 87:4576–4579, 1990.
119. Alberts et al., Ref. 18, pp. 13, 14.
120. Fuchs, G., Ecker, A. and Strauss, G., Bioenergetics and autotrophic carbon metabolism of chemolithotropic archaebacteria; in: Danson, M.J., Hough, D.W. and G.G. Lunt, G.G. (eds.), The Archaebacteria: Biochemistry and Biotechnology, Biochemical Society Symposium No. 58, Portland Press, London and Chapel Hill, pp. 23–39, 1992.
121. Danson, M.J. and Hough, D.W., The enzymology of archaebacterial pathways of central metabolism; in: Danson, M.J., Hough, D.W. and G.G. Lunt, G.G. (eds.), The Archaebacteria: Biochemistry and Biotechnology, Biochemical Society Symposium No. 58, Portland Press, London and Chapel Hill, pp. 7–21, 1992.
122. Keefe, AD, Newton, G.L. and Miller, S.L., A possible prebiotic synthesis of pantetheine, a precursor to coenzyme A, Nature 373:683–685, 1995.
123. Ferris, J.P., Life at the margins, Nature 373:659, 1995.
124. Lodish et al., Ref. 13, p. 4.
125. Lowe, Ref. 6.
126. Walter et al., Ref. 7.
127. Orpen and Wilson, Ref. 8.
128. Byerly et al., Ref. 9.
129. Han and Runnegar, Ref. 5.
130. Riding, Ref. 10.
131. Schidlowski, Ref. 30.
132. Quastler, H., The Emergence of Biological Organization, Yale University Press, New Haven, London, 1964.
133. Shklovskii, I.S. and Sagan, C., Intelligent Life in the Universe, Dell Publications, New York, 1966.
134. Woese, Ref. 121.
135. Hillis, D.M. and Huelsenbeck, J.P., Assessing molecular phylogenies, Science 267:255–256, 1995.
136. Schluter, D., Uncertainty in ancient phylogenies, Nature 377:108–109, 1995.
137. Benner, S.A., Jermann, T.M., Opitz, J.G., Stackhouse, J., Knecht, L.J. and Gonnet, G.H., Uncertainty in ancient phylogenies, Nature 377:109–110, 1995.
138. Forterre, P., Charbonnier, F., Marguet, E., Harper, F. and Henckes, G., Chromosome structure and DNA topology in extremely thermophilic archaebacteria; in: Danson, M.J., Hough, D.W. and G.G. Lunt, G.G. (eds.), The Archaebacteria: Biochemistry and Biotechnology, Biochemical Society Symposium No. 58, Portland Press, London and Chapel Hill, pp. 99–112, 1992.
139. Doolittle, W.F., What are the archaebacteria and why are they important? in: Danson, M.J., Hough, D.W. and G.G. Lunt, G.G. (eds.), The Archaebacteria: Biochemistry and Biotechnology, Biochemical Society Symposium No. 58, Portland Press, London and Chapel Hill, pp. 1–6, 1992.
140. Riding, Ref. 10.
141. Darnell et al., Ref. 12.
142. Lodish et al., Ref. 13.
143. Stryer, Ref. 14.
144. Orgel, Ref. 15.
145. Watson and Murphy, Ref. 119.