Fråga en Biolog

Undrar var informationen kom från i början till rna el dna? Hur lagrades den i dna el rnasträngen? Vilket kom först? Samt hur utökades informationen, konjungtion?

Det finns starka indikationer att RNA fanns innan DNA och protein, framförallt eftersom RNA är den enda av dem tre som kan både lagra information (som kan kopieras), såväl som utföra kemiska reaktioner. Dock, det finns forskare som inte håller med, och det är svårt att bevisa vad som hände i tidernas gryning.

– Allan Rasmusson

En svår och intressant fråga som man kan spekulera om. RNA var antagligen först. Det fanns antagligen en RNA-värld för mycket länge sedan. Tecken på detta är att RNA ligger i mitten av DNA > RNA > protein kedjan. Dessutom består ribosomerna till lika stora delar av RNA som av proteiner. tRNA kan bära aminosyror som bygger upp proteiner och med ribosomernas hjälp tolka den genetiska koden. Många kofaktorer som deltar i kemiska reaktioner är typ RNA, exempelvis NADH, NADPH, ATP, coenzym A. Man upptäcker också fler och fler fall där RNA molekyler styr genuttryck osv. i cellerna.

En viktig observation är att RNA kan katalysera kemiska reaktioner och samtidigt utgöra ett slags kemiskt minne (DNA-koden fast på RNA-nivå). Det är alltså inte bara proteiner som kan katalysera kemiska reaktioner och DNA som kan vara bärare av information. RNA kan alltså katalysera sina egna syntes baserat på sin egen genetiska kod.

Men varför ”vill” RNA kopieras och i denna process förbli oförändrad? Vad är liv? Finns det ett värde för RNA molekylen att förbli oförändrad vid kopieringen? Accepterar man att RNA ”vill” kopieras, att det finns ett värde i att göra detta utan att introducera för många fel, samt att de som gör detta bäst är de som ”är de starkaste som överlever”, så kan man spekulera vidare om din fråga som rör ”varifrån informationen kom ifrån från början”. Då fanns det nämligen ingen information från början utan den RNA molekyl som klarade sig bäst i kopieringen av sig själv råkade ha just denna information. Sedan rullade det på med selektionen av att de som gjorde det lite bättre tog över och på så vis utvecklades informationen. Tillslut har vi då fått RNA molekyler som byggt upp ett maskineri kring sig med DNA som är stabilare informationsbärare än RNAt själv och proteiner som katalyserar kemiska reaktioner bättre än RNA. Richard Dawkins skriver i sin nu ganska gamla bok Den själviska genen om hur djur, växter, vi, alla levande organismer kan ses som redskap åt den själviska genen (nu RNA) att vara en god katalysator för felfri kopiering.

– Mats Hansson

Uppföljning:

Kan det inte vara ett enzym som var före rna, tex ribozym. Ibland får jag en känsla av att enzymer är precis som stamceller el en endospor el väteatom, dvs grundsten. Och det finns ju proenzymer och även tex retrovirus har enzymer för omvänd transkription. Även telomerer är intressant då dem sitter längst ut på kromosomen och har telomeras. Jag förstår ändå inte hur informationen tillkommit på en rna el dnasträng. Hur fastnade och lagrades informationen där, och vilket kom först informationen el rnat? Och hur kan ngt byggas utan information och hur kan information skapas utan att ngt är byggt. Och hur kan en dna sträng el rnasträng uppstå. Hur mkt information måste finnas för att det skall ske? Och hur kan olika saker samverka tex ribosomer och dnasträngen utan att blivit gjorda samtidigt? Och vad är informationen(ett recept), men hur avläser Mrna receptet med enzymer-är det en kemisk reaktion som sker? Och hur kan då mrna veta att den sen skall transporteras vidare till ribosomen för att göra proteiner? Ibland undrar man om inte allting är en illusion att vi är gjorda av ingenting och att allt är liv även atomerna, dvs det är bara människan som har definierat liv som ngt som måste ha metabolism etc, och att vi är inte mer än ngt som finns på samma sätt som om en människa hade skapat ett mkt avancerat dataspel och dem varelserna där inne i det spelet så fort dataspelet är på tror att dem lever för att vi gett dem intelligens. För dataspel är vad jag vet det enda som människan skapat som inte är gjort av ngt som redan existerar. Datan har vi gjort av redan befintliga ämnen men själva spelet är det vi som skapat av ingenting.

Först ett par definitioner:

Ett enzym kan katalysera en kemisk reaktion och är uppbyggt av aminosyror, dvs det är en protein-molekyl.

Ett ribozym kan också katalysera en kemisk reaktion men är uppbyggt av nukleotider, dvs det är en RNA-molekyl.

Och nej, man tror inte att enzym var före RNA just för att RNA kan katalysera en kemisk reaktion (vara ett ribozym) och samtidigt ha förmågan att bära på information. Sekvensen (ordningen) av nukleotiderna är det som är själva informationen. En viss RNA-molekyl kan alltså katalysera något på grund av att dess nukleotider sitter i en viss ordning. Det är detta som är den relativt enkla och direkta kopplingen mellan informationen och vad som kan göras med denna information.

Retrovirus är intressanta i detta sammanhang just för att de hjälpte till med tankarna om att RNA är ”ur-molekylen” för liv. Tidigare trodde man bara att informationen kunde gå från DNA till RNA till protein men just det omvända polymeraset i retrovirus visade att RNA har en särställning (i mitten av denna kedja) och att man kan få DNA från RNA.

Slumpmässigt sammansatta RNA molekyler är lätt att få. De kan vara korta, kanske bara ett tiotal nukleotider och bildas spontant. (Detta är ren kemi och handlar om kemiska jämvikter.) Redan nu representerar dessa information genom ordningen på nukleotiderna. Jämför en binär kod som används i datorer som består av 0 och 1. Hos RNA är koden tetranär (heter det så?) och består av A, C, G och U. Låt säga att vi har RNA-molekylen med sekvensen ACGUACGUAC och en annan med sekvensen UGCAUGCAUG. I en vattenlösning kommer dessa båda molekyler att anta unika 3-dimensionella strukturer som kanske kan katalysera en kemisk reaktion. Låt säga att ACGUACGUAC kan katalysera en kemisk reaktion men inte UGCAUGCAUG. ACGUACGUAC är alltså ett ribozym och informationen för detta ligger i dess sekvens av nukleotider. Ur detta följer att det är omöjligt att säga om det var informationen eller RNA-molekylen som var först, då de är en och samma sak.

Sedan är steget väldigt lång till att en molekylär värld där mRNA ska läsas av med hjälp av ribosomer osv. En miljard år?

Tja, är inte detta lite av Platons idéer med sin skuggvärld? Vad finns utanför universum och så vidare.

– Mats Hansson

januari 25, 2017

Inlägget postades i

Evolution

Kommentarer

0 Kommentarer Lämna en kommentar

Jag håller på med ett gymnasiearbete om grupptryck och behöver därför lite bakgrund om varför människor över huvud taget lever i flock ur ett evolutionärt perspektiv?

Att leva i sociala flockar är så pass vanligt bland däggdjur att man nog kan säga att det finns ett starkt selektionstryck för att göra så. Den ständigt pågående förändringen av vad vi kallar arter leder fram till att det bildas evolutionära utvecklingslinjer, snarare än konstanta arter som förblir lika under tidens gång. Det evolutionära trycket på dessa linjer, eller trender, är beroende av många parametrar. En viktig sådan är naturligtvis historien. Däggdjuren utvecklades från de tidiga däggdjurslika reptilerna, som levde för cirka 300 – 200 miljoner år sedan. De var lika dagens däggdjur, och levde säkert på liknande sätt, men saknade däggdjurens käk- och hörselben, som utmärker alla nu levande däggdjur. Utvecklingshistorien sätter gränser för evolutionen, även om dessa gränser kan tänjas långt. Till exempel har nästan alla däggdjur 7 halskotor. Ändå har giraffer en lång hals, där var och en av de sju kotorna har dragits ut på längden, medan halskotorna hos valar har tryckts ihop så att de knappt har någon urskiljbar hals.

En annan viktig parameter för utvecklingen inom en trend är födan. Cellulosaväggarna i växter är väldigt svår att bryta ner, så de utvecklingslinjer som satsat på att leva av växter har fått utveckla särskilda anpassningar, allt från tänderna till andra delar av matsmältningsapparaten. Tänder som skall tugga växter måste vara tåliga, helst växa hela livet, och de bör kunna malande sönder maten, medan köttätande djur har nytta av fasthållande och skärande tänder. Växtfödan är i allmänhet riklig och lätt tillgänglig men inte så näringsrik, medan kött i form av bytesdjur är mer sällsynt, ojämnt fördelat och måste letas upp, samt har förmåga att försvara sig men är å andra sidan mycket näringsrikt och mer lättsmält. Sättet att skaffa sig föda ställer alltså stora krav på anpassningar hos enskilda däggdjur, både morfologiska, som tändernas och benens utformning, lungorna, hjärtat och så vidare, och beteendemässiga som förmågan att leva samman och samarbeta med andra individer av samma art respektive försvara och hålla andra borta från sitt revir.

En tredje viktig parameter för utvecklingslinjerna är reproduktionen. Ett viktigt begrepp i detta sammanhang är fitness. Med det menas en individs bidrag av gener till nästa generation. Blir dina gener vanligare i följande generationer har du bra fitness. Olika djur har därför utvecklat olika strategier för att öka sin fitness. Vissa satsar energi på att bilda många ägg och spermier, men mindre på att skydda var och en av ungarna, medan andra gör tvärtom, har få ungar men lägger mycket energi på varje för att de skall växa upp, anpassa sig och i sin tur få ungar. Det är svårare, det vill säga mer energikrävande, att bilda ägg än spermier. Därför är det inte ovanligt att hannar och honor av samma art har olika strategier för barnalstring. Allt det här ger upphov till väldigt många olika fortplantningsstrategier. Hos vissa arter är det ändamålsenligt att hålla ihop i par under lång tid. Hannarna kan öka sin fitness genom att ta hand om sina ungar och därmed öka överlevnaden, och kanske också vakta honan så att hon inte luras och parar sig med en annan hanne. På så sätt vet han att det är hans gener hos ungarna och att genom att ge dem en god uppfostran ökar han sin och inte någon annan hannes fitness. Hos andra arter har honan en annan strategi och går runt och testar olika hannar för att finna det bästa bidraget av gener till sina ungar, som hon sen ger en god uppväxt.

Denna långa och kanske krångliga inledning är tänkt att ge en bakgrund till varför parbildning och flockbildning är vanligt men ändå ser så olika ut bland olika däggdjur. Vi har allt från stora hjordar av både uddatåiga, det vill säga hästar, zebror åsnor, och partåiga djur, som bison och antiloper, på de stora grässlätterna i Afrika, Asien och Amerika, till fasta familjegrupper i många olika konstellationer. De stora hjordarna består av såväl hannar som honor av i stort sätt obesläktade djur, som drar fördel av att medlemmarna i flocken bland annat varnar varandra vid fara. Mindre familjebaserade grupper består ofta av ett reproducerande par, och flera generationer av familjemedlemmar som hjälper till med att uppfostra yngre syskon, alltså individer som är nära släkt med varandra. Till exempel en lejonflock består av en hona eller flera systrar, som lever tillsammans med sina döttrar. Hannarna verkar här spela en underordnad roll för flocken. Sociala grupper av däggdjur finner man ofta, även bland grupper där man kanske inte tänker att man ska finna sådana. Hos skogssorkar (Clethrionomys glareolus) som huvudsakligen lever i skog av näringsrika växtdelar, som bär, frukter, nötter och knoppar, är hannarna familjeledare med ett antal honor som han befruktar, medan åkersorkar (Microtus agrestis), som lever på ängarna bredvid skogssorkarna där de söker mer grön föda, alltså blad, blommor, strå och annat med lägre näringsinnehåll, lever i matriarkat där en hona kan låta sig befruktas av flera hannar.

Att flockbildning är vanlig bland primater vet alla som sett en grupp babianer röra sig över ett öppet fält på Afrikas savanner. Honor och ungar rör sig tätt ihop omgivna av en ring med stora hannar som fungerar som ”säkerhetsvakter”. Bara ett desperat rovdjur skulle våga sig på att angripa en sådan flock. Andra familjegrupper ser vi hos våra närmsta släktingar, gorillor och schimpanser. Hos gorillorna verkar grupperna ledas av en dominerande hanne, medan hos schimpanser, som lever i större flockar med flera individer av båda hannar och honor, har honorna en mer dominerande roll. Hos bonober, eller dvärgschimpanser som de också kallas, verkar flocken ännu lösare, med många reproducerande hannar och honor.

Människans familjebildning skiljer sig på många sätt från andra primater. Honorna lägger ner väldigt mycket energi på att ta hand om var och en av ungarna, som föds relativt outvecklade. De är därför beroende av en vuxen under längre tid än hos andra primater. Människan har också en ovanligt lång postreproduktiv period, alltså tid efter att hon själv fått ungar, då hon kan hjälpa till att uppfostra också nästa generations ungar (till skillnad från många andra däggdjur, där ungarna hjälper till att fostra sina yngre syskon!). För övrigt kan det vara svårt att veta hur familjebildningen har sett ut hos tidiga människor. Arkeologiska undersökningar visar tydligt att människor har levt i relativt stora grupper, redan under jägarstenåldern. Antagligen har människor i allmänhet stort behov av kontakt med andra människor, vilket kanske också visar sig i vår strävan att hålla husdjur. Man kan väl anta att behovet av bygemenskap ökade då människan började odla marken, och blev mer bofast, åtminstone så länge marken var odlingsbar. När näringen i marken var slut, var man tvungen att flytta åkrarna och antagligen flyttade då hela byn med. Grupperna fungerade säkert också som skydd mot andra grupper som ville erövra mark, kvinnor, slavar och allt vad man kan tänka sig. För att markera grupptillhörighet har språket säkert spelat stor roll, både sammanhållande och markerande skillnad. ”Här i vårt samhälle kallar vi denna sak för detta och inte så som de säger i grannbyn”. Därför har samtalen kring lägerelden, där språket utformas och slipas, säkert haft stor betydelse för grupp- och flockmentaliteten hos människor. Intressant är att notera hur man in i våra dagar har betonat språkets betydelse i nya statsbildningar, till exempel i forna Jugoslaven.

– Lars Lundqvist

januari 19, 2017

Inlägget postades i

Evolution

Kommentarer

0 Kommentarer Lämna en kommentar