RNAワールドについて/About the RNA world

はじめまして。
OCNブログ人でブログをはじめました。
このブログではRNAワールドについて、書いていきたいと思います。

　最近、クリスティアン・ド・デューブ著「進化の特異事象」という本を読んで、大きな衝撃を受け、私の生命観もかなり変更を余議なくされたのを憶えます。その考え方を文章で表現するには、まだ不充分の状態ですが、とりあえず私の興奮状態だけでも伝えておこうと筆をとった次第です。

　話の中心は、「RNAワールド」という考えです。現在、DNAは常識と言ってよいほどよく知られていますが、RNAは馴染みの薄い用語と思われるので、簡単に説明しておきます。生命体の細胞がDNA上に記録された遺伝情報を基にしてタンパク質を合成するプロセスは、まずDNA上の遺伝情報を伝令RNAに写し取り、各々単品のアミノ酸を担ったRNAを伝令RNAのアミノ酸の種類を示す遺伝情報に従って配列し、多数のアミノ酸の鎖であるタンパク質の原型を合成します。このとき別のRNAも酵素として働き、タンパク質の合成を触媒します。タンパク質の機能は各種に亘りますが、その1つは、各種の化学反応の際に酵素として機能するというものです。以上の説明は、どのような生物学の教科書にも書いてあるよく知られた事実です。

　現在の生命体の基本構造は上記の通りですが、これは現在見える姿であり、DNA-RNA-タンパク質という構図には前身となるより単純な構図があったのであろうというのが、「RNAワールド」の考え方です。RNAワールドには、基本的にRNAだけが存在し、RNAがRNAの構成要素から他のRNAを複製し、この化学反応には別のRNAが酵素として機能するというものです。つまり、1種類のRNAが遺伝情報を担うとともに複製の型となり、生成物もRNAであり、この化学反応を触媒するのもRNAというわけです。このRNAワールドが進化して、DNAが構築され、DNAは遺伝情報の保存と複製だけに専念し、RNAは別のRNAを生成する代わりに主としてタンパク質を合成することに専念し、タンパク質は、タンパク質の合成などの化学反応を触媒するように分化して行ったというものです。

　「RNAワールド」は仮説ですが、多くの科学者によって支持されており、反対意見は少ないようです。しかし生物学の教科書の多くは、RNAワールドについて言及はするものの、証拠不十分であるから多くは述べないという扱いであり、RNAワールドという思想の重大な意味を伝えるほど充分には記載していないようです。

　現在のDNAは2本鎖となっており、互いに相補的な塩基が対向するような構造となっているため、1つの塩基が欠損するか複製ミスを冒しても対となる他方の塩基を用いて容易に修正され、信頼性の高い構造物となっています。つまり、DNAは、コンピュータ、ディジタルテレビなどの電子機器がもつビット訂正機構に相当するものを備えているわけです。これに対して、タンパク質は、それ自身に複製機能がなく、また二重化もされていないため、外部環境によるダメージを受け易く、細胞は、不良品となったタンパク質の修復、廃棄と再生産の処理に常に忙殺されているとい状態です。RNAは1本鎖であるため、その構成要素の欠損や複製ミスには弱いのですが、RNAワールドでは、RNAの複製活動を活発に行うことによって、修復機構なしでも生命体の増殖を継続できたのであろうと考えられます。しかしタンパク質がないため、RNAの生命体の機能は、ほとんど生命体の増殖に限られ、現在の多細胞の生命体の複雑な仕組みに比べると、何とも貧弱極まる生命体であったであろうと想像されます。

　RNAワールドの生命体のRNAにも前身があったと考えられていますが、その詳細は分かっておりません。RNAワールドができた後は、RNAによってタンパク質の合成が始まり、また一部のRNAを基にしてDNAが構築されて行ったと考えられています。このように現在の生命体の基本構造ができ上がるまでに原始生命体に始まり、RNAワールドを経て生命体が進化して行ったという考えは、ごく自然な考え方と思われます。

　RNAワールドの生命体は、過渡的な生物であり、その存続期間は予想以上に短かかったものと考えられます。すなわち、RNAが1本鎖であることが致命的であり、増殖はするが複製ミスが多いため、DNAワールドに移行した生物を除いて他は自滅して行ったものと考えられます。現在、少なくとも35億年前には、RNAワールドの生命体はなくなり、DNAワールドの生物のみが残ったと見られています。

　RNAワールドにおける生命体の化学反応は、プリゴジンがその著書「混沌からの秩序」で自己触媒系として紹介しているものに相当すると考えられます。プリゴジンは、自己触媒系の定義として、「生成物の存在が、それ自体の合成にとって必要とされるタイプの系」と述べています。プリゴジンは、「平衡から遠く離れた非平衡状態に自己触媒体を含む特殊な分子系があれば、混沌状態から散逸構造という秩序が創出してくる」として、その理論づけを行っています。RNAワールドにおける生命体がプリゴジンの散逸構造に近い存在であることが推測されますが、RNAの前身が不明のため、確定的なことはいえませんが、両者の関係は非常に興味を引くものです。

　冒頭の著書の著者、デューブは、「生命が誕生して進化し、今日の姿になるまでの過程は、すべて自然に起こった必然的な物理・化学現象であり、偶然の入り込む余地はないのである。」と結論しています。偶然について著者が言いたいことは、生物の進化の途中で幾多の自然選択があったが、一見すると偶然と見えるほど起こる確率の低い事象であっても、試行回数が実現可能な充分多い回数であれば必ず起こるのであり、それは決定論的な必然と同等とみなしてよいということです。この世に生命が誕生して以来、生命活動と生物の進化がすべて物理・化学現象であるとすれば、生命の神秘というような生命活動にかかっていたベールは、かなり剥がされてしまった状態というわけです。「生命力」というような言葉も、文学的な表現ならばともかく、自然科学の世界では実体がないから使う必要がないということになります。ちょうどニュートン力学が出現する前に使われていた物体に作用する駆動力とか、推進力とか、活動力のような得体の知れない力が、ニュートン力学の出現によってすべて消滅し、万有引力、クーロン力など物理学的に意味のある力のみが残ったのと同じように。

　RNAワールドにおける生命体の原始代謝の基本構造が、現在のDNAワールドにおける生命体の代謝の基本構造より遥かに単純化されたものであることは確かですが、RNAワールドにおける生命体の代謝の基本構造もその化学プロセスは相当複雑であり、偶然から一足飛びにRNAワールドが出現したとは確率的に言って考えにくいようです。しかしそれにしても、RNAワールドは、生命の起源に向けてかなり前進した仮説と言えるのではないでしょうか。　内山

  My name is uchiyama.  Recently, reading a book titled "Singularities: Landmarks on the Pathways of Life" written by Christian de Duve, I was so shocked that I feel my view on life much changed.  Although my thought is still in a incomplete state to present it in sentences, I'm writing this text only to convey my excitement.

  The story is centered on a thought of "RNA world".  These days, DNA is well-known so much as regarded as a common sense, but RNA may not be familiar to the public.  I will explain it in brief.  The process that a cell of living thing synthesizes a protein based on the genetic information recorded on a DNA is first to copy the genetic information on the DNA to a messenger RNA, then arrange the RNAs each bearing a single amino acid in accordance with the genetic information the messenger RNA carries to indicate a kind of amino acid, and synthesizes a prototype of a protein, a chain of a plurality of amino acids.  At this time, another RNA functions as an enzyme, helping synthesize the protein.  The functions of protein widely range, and one of those is to work as enzymes in various chemical actions.  This explanation is a well-known fact written in any textbook of biology.

  The current living organisms have the basic structure mentioned above, and it is what we see it now.  It is a thought of "RNA world" that, prior to a picture of DNA-RNA-protein, there might be a more simple preceding one.  In the RNA world, there exist basically RNA only.  An RNA makes a duplicate of its own from its fundamental elements while another RNA functions as an enzyme during the chemical reaction.  That is, one kind of RNA bears its genetic information, becomes a die to produce another RNA obtaining help from still another enzyme-functioning RNA.  As a result that this RNA world had progressed, a new world was compartmentalized in such a manner that a DNA was constructed, which concentrated on only the preservation and replicating of genetic information and the RNA mainly concentrated on synthesizing proteins instead of producing another RNA while the proteins played a role of catalysis in chemical reactions such as a synthesis of protein.

  The "RNA world" is a hypothesis, but earns the endorsement of many scientists, with seemingly receiving few objections.  Most textbook of biology refers to the RNA world, but, with an attitude of not much describing it on grounds of insufficient evidence, it seems that the textbook fails to explain the RNA world enough to convey why the RNA world really mattes.

  The current DNA consists of two chains, forming a structure that mutually complementary bases pair up with each other.  Due to this makeup, one base made defective or erroneously copied is easily corrected with the use of another pairing base, making the DNA highly reliable structure.  In other words, DNA is equipped with an equivalent of a bit correction mechanism the electronic apparatuses such as computers, digital TVs etc have in them.  On the other hand, because proteins have neither copy mechanism of their own nor dual-redundant structure, they are vulnerable to damages caused by external environment.  The cell are ever busy repairing, discarding and reproducing of defective proteins.  RNA consisting of a single chain is sensitive to a defect or erroneous copy of its components, but the active replication process of RNAs in the RNA world supposedly enabled to continue the growth of living organisms, even without repaing mechanism.  However, due to the lack of proteins, the functions of creatures in the RNA world are almost limited to the proliferation of themselves, which would have probably looked shoddy compared with the present complex mechanism of multicelled organisms.

  It is supposed that there was a precursor of the RNA in the RNA world, with no details known.  After the RNA world, the synthesis of proteins supposedly began with the use of RNA, while the DNA was kept being constructed based on other RNAs.  Natural is the thought that the living organisms, begun with primitive organisms, had advanced the path of evolution via the RNA world until they reached the basic structure of creatures as we see today.

  The living organisms in the RNA world are supposed to have been the transient creatures, the suviving period of which had been shorter than we expect.  In short, the RNA's being a single chain was so fatal that it, with proliferation performed active but with a lot of erroneous replication, had gone to extinction except the creatures that evolved into those in a DNA world.  We estimate that the living organisms in the RNA world had become lost by the time of at least 3.5 billion years ago, with only creatures in the DNA world left alive.    Uchiyama