地上に生命体が現れる前には混沌とした液状の分子が漂っていた。これを「原始スープ」という。ある時、ごく少数の特殊な分子が自己複製を始めた。この自己複製が生化学的過程の始まりで遂には最初の生命体が出現することになるという仮説については科学者の支持で一致している。しかし、どのようにして分子の自己複製が始まったのかということは科学界にとって永遠の謎の一つだ。
しかし、2013年9月13日付「Journal of Biological Chemistry」誌に掲載された研究論文で、University of North Carolina (UNC) School of Medicineの生化学者、Charles Carter, Ph.D.と同僚研究者らが、生命体の発生について興味深い仮説を提出している。この論文はJBCの、「今週の論文」の一つに選ばれた。Dr. Carterチームの研究は、地上で生命が発生する上で重要な役割を果たしたのではないかと考えられる原始的なタンパク酵素を再現した実験結果に基づいている。Dr. Carterの発見は、これまで一般的に考えられていたような、「リボ核酸 (RNA) が単純なタンパク質の力を借りずに自己複製し、現在知られているような生命体にまで行き着いた」という説を真っ向から脅かすものだった。1980年代初め、研究チームは、ribozymes、つまりRNA酵素が触媒として作用することを突き止めた。RNAが青写真の役目をすると同時に、その青写真を複製する化学触媒の役割も果たすことができるという証拠だった。この発見が、「RNA世界」仮説に結びついた。この説では、RNAが単独で分子の海から生命が浮かび上がってくる引き金になったとしている。
しかし、この仮説が正しいとするためには、古代のRNA触媒が、現在の酵素と同じようにほぼ正確に複数のRNA青写真を複製できていなければならない。
しかし、それはちょっと受け入れがたいことである。科学者の試算では、ランダムに発生したRNA分子が現在の複雑な生命体の水準にまで進化を遂げるためには、宇宙の年齢よりはるかに長い時間がかかるはずである。
地球の年齢は45億年とされており、その期間にRNAだけで始まった生命体が現在の地球上の膨大な生物学的複雑さに到達するほど急速な進化を遂げることも、あるいは正確に進化することも不可能なはずである。
Dr. Carterは、「RNA世界仮説はほとんどあり得ないことである。ほぼ永遠の時間がかかるはずなのである」と述べている。そればかりでなく、何十億年も前にそのようなribozymesが存在したという証拠もない。
RNA世界仮説を支えるため、科学者は21世紀の技術を使って、触媒として働いたはずのribozymesの再現を試みた。Dr. Carterは、「ところが、合成したribozymesのほとんどは、生命体から分離したどのような物質とも似ても似つかないものだ」と述べている。
40年間にわたり古代生化学の専門家だったDr. Carterは、これまでと異なるアプローチを試みた。博士の実験は、コンセンサス・バイオロジーの奥深くに取り込まれている。
人体の遺伝子コードは、現代の酵素が属する2種類のスーパー・ファミリーによって翻訳される。
Dr. Carter研究チームは、この2つのスーパー・ファミリーのデジタル立体像を作成して、重ね合わせ、その組織構造がどの程度揃うかを調べた。その結果、すべての酵素が現実に同じ形の核を持っており、その核を取り出して、「分子の化石」を作ることができると突き止めた。博士は、この「分子の化石」を「Urzymes」 (画像参照) と名付けた。「Ur」とは「初期」とか「原初」という意味である。さらに、「他の部分は進化に伴って後に付け加えられてきた変形だ」と述べている。この2種類のUrzymesは、何十億年も前に地球上に存在していたはずの古代の酵素に、科学者が作り得る限りでもっとも近い物質である。
Dr. Carterは、「一旦、酵素の核を突き止めると、私たちはそれをクローン化し、それを発現させた。次には、それを安定化させることができるのか、さらにはそれが何らかの生化学的な活動をするかどうかを突き止めようと考えた」と述べている。
その結果、いずれも実際に可能だった。2種類のUrzymesは、遺伝子コードを翻訳するのに必要な2種類の反応を実に効果的に促進した。
Dr. Carterは、「研究の結果は、地球上に生命体が現れる前の生命の発生最初期に非常に活発なタンパク酵素が存在したということを示しており、その酵素は私たちが作り出したUrzymesに非常によく似ていたと考えられる」と述べている。研究の結果から、Urzymesは、ペプチドと呼ばれる簡単な小分子タンパク質を祖先として進化してきたと考えられる。時間が過ぎるにつれて、そのペプチドがRNAと共進化を遂げ、さらに複雑な生命体を生み出したと考えられる。
この「ペプチド-RNA世界」シナリオでは、RNAが生命体の指令を持つ一方で、ペプチドはその指令を遂行するための中心的な化学反応を促進する。
Dr. Carterは、「地球上に生命が生まれる前にこの2種類のUrzymesがタンパク合成をしていたかも知れないというのはまったくもって驚くべきことだ。生命の起源に関心を持つ人であれば、これほど興奮させる研究結果は他に考えられない」と述べている。しかし、この研究の後にも、「これらの原始的な組織がどのようにして自己複製をするのか」という疑問が依然として残っている。これは「RNA世界」説も、「ペプチド-RNA世界」説もまだ説明できていない。
Dr. Carterは、研究対象を実際にRNA分子を組み立てる酵素のポリメラーゼにまで広げている。それをするUrzymeが見つかれば、この疑問にも答えることができるようになるはずだからである。この研究の共著者には、UNCのDr. Li Li、University of Vermont, BurlingtonのDr. Christopher Francklynらも加わっている。
■原著へのリンクは英語版をご覧ください:New"Urzyme"Findings Challenge “RNA World” Assumptions on Origin of Life
