Viðauki A

Lífsnauðsynleg samvinna

Líf gæti ekki verið til á jörðinni án samvinnu prótína og kjarnsýrusameinda (DNA eða RNA) inni í lifandi frumu. Við skulum fara stuttlega yfir nokkra einstaka þætti í þessari heillandi sameindasamvinnu, vegna þess að þeir eru ástæðan fyrir því að mörgum finnst erfitt að trúa að lifandi frumur hafi orðið til af tilviljun.

Þegar við skyggnumst inn í mannslíkamann, allt niður í og jafnvel inn í örsmáar frumur okkar, sést að við samanstöndum að mestu leyti úr prótínsameindum. Flestar eru þær gerðar úr amínósýruræmum sem eru eins og beygðir og undnir borðar og mynda margvísleg form. Sumar brjótast saman í bolta en aðrar eru í lögun eins og harmóníkubelgur.

Viss prótín vinna með fitulíkum sameindum til að mynda frumuhimnur. Önnur aðstoða við að flytja súrefni frá lungunum út um allan líkamann. Sum prótín virka sem ensím (efnahvatar) til að melta matinn sem við borðum með því að kljúfa prótínin í honum niður í amínósýrur. Þetta eru aðeins nokkur af þeim þúsundum hlutverka sem prótínin sinna. Það má með sanni segja að prótínin séu hinir faglærðu starfskraftar lífsins; án þeirra væri lífið ekki til. Prótínin væru á hinn bóginn ekki til ef tengsl þeirra við DNA væru ekki fyrir hendi. En hvað er DNA? Hvernig er það? Hvernig tengist það prótínum? Stórsnjallir vísindamenn hafa unnið til nóbelsverðlauna fyrir að grafa upp svörin. Við þurfum þó ekki að vera háskólamenntaðir líffræðingar til að skilja grundvallaratriðin.

Meistarinn meðal sameindanna

Frumur eru aðallega búnar til úr prótínum og þess vegna er sífellt þörf á nýjum prótínum til að viðhalda frumunum, búa til nýjar frumur og auðvelda efnabreytingar inni í frumunum. Upplýsingarnar, sem þörf er á til að framleiða prótín, er að finna í DNA-sameindunum (deoxýríbósakjarnsýra). Til að skilja betur hvernig prótín er framleitt skulum við líta nánar á DNA.

Frumukjarninn er aðsetur DNA-sameindarinnar. Auk þess að innihalda nauðsynleg fyrirmæli til framleiðslu prótína, geymir DNA og sendir út erfðaupplýsingar frá einni frumukynslóð til annarrar. Lögun DNA-sameindanna líkist snúnum kaðalstiga (nefnt „undni stiginn“ eða „tvöfaldur gormur“). Hvor kaðallinn fyrir sig í DNA-stiganum er settur saman úr miklum fjölda minni hluta sem nefnast kirni eða núkleótíð og eru til í einni af fjórum tegundum: adenín (A), gúanín (G), sýtósín (C) og týmín (T). Með þessu „stafrófi“ DNA myndar stafatvennd — annaðhvort A með T eða G með C — eitt þrep í undna stiganum. Stiginn inniheldur þúsundir gena, undirstöðueiningu erfðanna.

 Genið býr yfir þeim upplýsingum sem þarf til smíði prótíns. Röð stafanna í geninu mynda kóðaða uppskrift eða teikningu sem segir hvaða prótín skuli smíðað. Þar af leiðandi er DNA með öllum sínum undireiningum meistarinn meðal sameindanna, sú sem lífið veltur á. Án kóðuðu leiðbeininganna í henni væri tilvist hinna margvíslegu prótína ekki möguleg — og ekkert líf til.

Meðalgangararnir

Byggingarteikning hvers prótíns er geymd í frumukjarnanum en byggingarstaðurinn sjálfur er fyrir utan kjarnann og þess vegna þarf einhvern veginn að koma hinni kóðuðu teikningu frá kjarnanum til „byggingarstaðarins.“ RNA-sameindir (ríbósakjarnsýra) koma hér til hjálpar. RNA svipar efnafræðilega til DNA sameindanna og það þarf nokkrar gerðir af RNA til að annast þetta starf. Lítum nánar á þetta óhemjuflókna ferli sem þarf að eiga sér stað til þess að lífsnauðsynleg prótín myndist með hjálp RNA.

Verkið hefst í frumukjarnanum þar sem hluti DNA-stigans opnast eins og rennilás. Það veitir RNA-stöfunum færi á að hlekkjast við DNA-stafina sem hanga núna í öðrum hvorum DNA-kaðlanna. Ensím hreyfist með RNA-stöfunum til að vera með þeim í að mynda kaðalbút. DNA-stafirnir eru þannig umritaðir sem RNA-stafir og mynda það sem kalla mætti DNA-mállýsku. Hin nýmyndaða RNA-keðja rifnar frá og DNA-stiginn festist saman á ný eins og rennilás.

Að loknum frekari breytingum er þessi sérstaka gerð RNA tilbúin til að bera út boð. Hún fer út úr kjarnanum og stefnir í átt til prótínframleiðslustaðarins þar sem lesið er úr kóða RNA-stafanna. Hver samstæða þriggja RNA-stafa myndar „orð“ sem kallar á eina sérstaka amínósýru. Önnur mynd RNA leitar að þeirri amínósýru, grípur í hana með hjálp ensíms og dregur hana á eftir sér til „byggingarstaðarins.“ Þegar meira er lesið og þýtt af RNA-setningunni byggist upp vaxandi keðja amínósýra. Þessi keðja fettir sig og brettir og lögun hennar verður alveg einstök og leiðir það til prótíns af einni gerð. Í líkama okkar geta verið meira en 50.000 gerðir prótína.

Jafnvel þessar fettur og brettur skipta miklu máli. Vísindamenn víða um heim kepptu árið 1996, „vopnaðir sínum bestu tölvuforritum, í þeirri þraut að leysa eitt flóknasta viðfangsefnið í líffræði, það hvernig eitt einstakt prótín, gert úr löngum streng amínósýra, fer að því að fetta og bretta sig í þá margbrotnu lögun sem ræður að lokum hlutverki þess í lífinu. . . . Úrslitin urðu í stuttu máli þessi: Tölvurnar töpuðu og prótínin unnu. . . . Vísindamenn hafa gróflega reiknað út að ef þeir reyndu allar fettur og brettur sem til greina koma hjá meðalstóru prótíni, gerðu úr 100 amínósýrum, tæki það 10²⁷ (milljarð trilljóna) ár að mynda réttu fellingarnar.“ — The New York Times.

 Við höfum skoðað aðeins ágrip af því hvernig prótín myndast en það nægir til að sjá hve ótrúlega flókið ferli það er. Getur þú ímyndað þér hve langan tíma það tekur keðju með 20 amínósýrum að verða til? Um það bil eina sekúndu! Og þessi nýmyndun á sér stað án afláts í líkamsfrumum okkar, frá hvirfli til ilja.

Hvað sýnir þetta? Að sú samvinna, sem þarf að eiga sér stað til að líf geti orðið og haldist við, er alveg stórkostleg — og samt tengjast þessu fjölmargir aðrir þættir sem ekki er rúm til að nefna hér. Orðið „samvinna“ er varla nægilega lýsandi fyrir þá nákvæmu víxlverkun sem nauðsynleg er til að framleiða prótínsameind, af því að prótín þarf upplýsingar frá DNA-sameind og DNA þarfnast allmargra gerða sérhæfðra RNA-sameinda. Ekki verður heldur litið fram hjá margvíslegum tegundum ensíma sem hvert um sig sinnir skýrt afmörkuðu og lífsnauðsynlegu hlutverki. Dag hvern myndast margir milljarðar nýrra frumna í líkama okkar án þess að meðvitundin stýri því og í hvert sinn þarf að búa til afrit af öllum einingunum þremur — DNA, RNA og prótíni. Auðséð er hvers vegna tímaritið New Scientist sagði: „Sé eitt þessara þriggja fjarlægt hætta hjól lífsins að snúast.“ Við getum tekið þessa röksemd skrefi lengra: Lífið gat aldrei orðið til án samstarfs allra þessara þátta.

Er skynsamlegt að ætla að hvert og eitt þessara þriggja „samstarfssameinda“ hafi sprottið fram af sjálfu sér samtímis, á sama stað og svo nákvæmlega samstillt að þau gátu í sameiningu unnið stórkostleg afrek?

Við eigum þó kost á annarri skýringu á því hvernig lífið á jörðinni varð til. Margir hafa komist á þá skoðun að lífið sé völundarsmíð skapara sem búi yfir greind af hæstu gráðu.