Ostrowski, Humpty Dumpty spadał

Michał Ostrowski, "Humpty Dumpty spadał"
tagi: synteza białka, enzymy, system nieredukowalnie złożony

Humpty Dumpty na murze siadł.
Humpty Dumpty z wysoka spadł.
I wszyscy konni i wszyscy dworzanie
Złożyć do kupy nie byli go w stanie.

Weź sterylną próbówkę Eppendorfa. Umieść w niej niewielką ilość sterylnego roztworu soli fizjologicznej we właściwie dobranej temperaturze i pH. Teraz umieść w tym roztworze żywą komórkę i sterylną mikroigłą przebij jej ścianę komórkową, tak aby zawartość komórki mogła wypływać do roztworu (którego ilość powinna być tak mała, jak to tylko możliwe, aby zapobiec zbytniemu rozcieńczeniu składników komórki). Teraz masz pod ręką wszystkie składniki konieczne do budowy żywej komórki – w pełni funkcjonalne makromolekuły, jak DNA i białka. Co więcej, masz je we właściwych proporcjach, w odpowiednich warunkach i bez żadnych interferujących substancji. Siadasz więc i czekasz ufnie wierząc, że kreatywne losowe mechanizmy na powrót uformują żywą komórkę z jej podstawowych składników. Po jakimś czasie jednak, wiara w kreatywne moce przypadku nieco więdnie, więc sam próbujesz poskładać wszystkie składniki na nowo, tak aby otrzymać żywą komórkę.

Jednak, pomimo heroicznych wysiłków złożenia tych komponentów nie uformują one na powrót żywej komórki, nieważne jak długo byś czekał, lub co byś z nimi nie wyprawiał na gruncie obecnej wiedzy i technologii. Co istotniejsze, nawet jeśli przyszła technologia pozwoli na takie ponowne poskładanie komórki, będzie to mocnym argumentem nie za potęgą „chemicznej ewolucji”, ale że projekt jest konieczny przy powstaniu nawet najprostszej komórki.

Streściłem właśnie eksperyment, który nieźle opisuje rymowanka o Humptym Dumptym. W eksperymencie tym badacze zgłębiający problem spontanicznej biogenezy (powstania życia) grają rolę wszystkich konnych i dworzan króla, którzy – choć bardzo się starają – nie mogą na powrót poskładać do kupy Humpty’ego Dumpty’ego. Jeśli jednak złożenie na powrót komórki jest tak olbrzymim problemem - na gruncie obecnej technologii niewykonalnym - to pomyśl, jakim problemem musiało być złożenie jej od podstaw i to nie przez rozumnych badaczy posługujących się wyrafinowaną technologią, ale przez przygłupawe losowe interakcje składników pierwotnej Ziemi.

Naświetlając problem w szerszej perspektywie, zwróć na moment uwagę tylko na enzymy konieczne do syntezy białek. Enzymy to białka wyspecjalizowane w katalizowaniu, czyli przyspieszaniu, reakcji chemicznych. Szereg różnych enzymów pracuje w komórce, na podobieństwo skoordynowanych części maszyny pozwalającej funkcjonować procesom metabolicznym.

Aby wytworzyć w komórce nawet jedno białko koniecznych jest około 60 wyspecjalizowanych enzymów, włączając w to helikazy (rozplątujące helisę DNA), polimerazy RNA (generujące nić RNA na bazie wzorca DNA), syntetazy aminoacylo-tRNA (łączące transferowe RNA i odpowiadające im aminokwasy) i rybonukleazy (kontrolujące ilość RNA w komórce). Te 60 enzymów musi działać w korelacji z genetyczną maszynerią komórki - DNA. Jeśli zabraknie nawet jednego enzymu koniecznego do syntezy białek, komórka nie będzie w stanie ich wytworzyć. Enzymy zaangażowane w syntezę białek są więc nieodzowne dla życia i – rozpatrywane łącznie – formują system nieredukowalnie złożony.

Specjalizacja i podział funkcji w komórkowym mechanizmie syntezy białek wyjaskrawia skalę problemu ewolucji białek w realistycznych prebiotycznych warunkach. Jako że same enzymy także są białkami, zatem mechanizm syntezy białek musiał istnieć, zanim powstały owe enzymy. Co więcej, nie tylko owych 60 enzymów musi zaistnieć w tym samym czasie, ale także muszą być one przestrzennie precyzyjnie rozmieszczone w komórce. Taka koordynacja zakłada z kolei istnienie złożonego - także napędzanego enzymatycznie - systemu transportowego, komunikacyjnego i sterującego (dość powiedzieć, że teoria sterowania jest jeszcze bardzo daleka od przybliżonego choćby odwzorowania komórkowej automatyki).

Co za tym idzie, 60 enzymów działających w wysublimowanym systemie nie pokazuje jeszcze całej skali problemu. To całe komórkowe środowisko prowadzi do właściwego działania tych enzymów w precyzyjnie zestrojonym mechanizmie. A to z kolei zakłada istnienie podstawowych funkcji komórki koniecznych dla zaistnienia tego enzymatycznego systemu, włączając w to zapis, odczytywanie i przetwarzanie informacji, synteza białek z matrycy RNA w rybosomach, funkcje metaboliczne przetwarzające energię z pokarmów i ostatecznie zdolność do reprodukcji tak złożonego systemu.

Ci, których geny determinują do wiary w rzeczy urojone, zakładają, że losowe interakcje cząsteczek mogły wyprodukować tego typu systemy. Ci jednak, którzy wyrwali się z tego smutnego stanu, przyjmują znacznie bardziej rozsądne założenia o rozumnym projekcie stojącym za tym nanotechnologicznym majstersztykiem.

Michał Ostrowski

Nie ma plików w tym folderze