ژن خودخواه را فراموش کنید، ریبوزوم‌ها حلقه گم‌شده هستند

از زمانی که کشف شد DNA اطلاعات ژنتیکی را رمز می‌کند، تحقیقات بر روی تکامل حیات و مبدأ ژنتیکی آن متمرکز شد. این تحقیقات بر اساس رویه "ژن-اولی!" انجام می‌شد. زیست‌شناس دانشگاه آکسفورد در رشته تکامل، ریچارد داوکینز در کتابش به نام  "ژن خودخواه" (The Selfish Gene) استدلال کرد که هدف تکامل سلول‌ها و موجودات به‌صورت ساده ایجاد بسته‌هایی بود که به‌صورت مؤثری از ژن‌ها حفاظت کرده و آن‌ها را منتقل می‌کنند.

در ادامه همراه بیونت باشید

اما دیدگاه "ژن-اولی" خیلی از مسائل را نادیده می‌گیرد. همه سلول‌ها علاوه بر کروموزوم‌های حاوی ژن‌ها در ۳ اندامک مشترک هستند: ریبوزوم‌ها که ماشین ترجمه اطلاعات ژنتیکی به پروتئین‌هایی هستند که خود اعمال سلول را انجام می‌دهند; غشای سلولی که به‌صورت انتخابی به مواد اجازه ورود و خروج می‌دهد; و اسیدوکالسیزوم‌ها (acidocalcisomes) که یون را ذخیره و تنظیم می‌کنند و واکنش‌های شیمیایی حیات را پیش می‌برند.

ما مفهوم "ژن خودخواه" را به چالش کشیدیم، با پیشنهاد اینکه اگر اندامکی از سلول خودخواه باشد آن ریبوزوم است. ما استدلال کرده‌ایم که سلول‌ها و خود DNA تکامل یافتند تا عملکرد ریبوزوم‌ها را بهینه کنند. این مفهوم هر چیزی را که فکر می‌کنیم درباره تکامل زندگی سلولی و ریبوزوم‌هایش می‌دانیم به چالش می‌کشاند.

DNA چه می‌خواهد؟

ما به‌واسطه یک همکاری پدر-دختر به این ایده رسیدیم. وقتی مردیث داشت کتاب رابرت بانام "کشف" که در سال ۱۹۸۹ منتشر شده بود را بازخوانی می‌کرد، ناگهان در نیمه کتاب سرش را بالا گرفت و پرسید."DNA چه می‌خواهد؟"

شاید عجیب به نظر برسد که یک مولکول را جان‌بخشی (anthropomorphise) کرد، یعنی صفتی را که در مورد موجود زنده بکار می‌رود به یک غیر جاندار نسبت داد. درواقع این یک استراتژی اکتشاف است که در کتاب رابرت پیشنهاد شد. فراتر اینکه دانشمندان معمولاً تئوری ژن خودخواه را به‌صورت ساده این‌گونه بیان می‌کنند: "DNA می‌خواهد خودش را تکثیر کند"

شیمی‌دان‌ها در هنگام جان‌بخشی (anthropomorphise) به مولکول‌ها از استعاره متفاوتی استفاده می‌کنند. آن‌ها به این صورت می‌گویند که مولکول‌ها همیشه می‌خواهند در کانفورماسیونی با کمترین سطح انرژی باشند، به این معنا که مانند انسان‌ها، مولکول‌های پرانرژی از موقعیت‌ها و شرایط مختلفی عبور می‌کنند ولی سرانجام به حالت استراحت بازمی‌گردند.

حالت استراحت DNA شدیداً درهم پیچیده است، به‌گونه‌ای که ژن‌ها غیرقابل دسترس هستند. DNA در حال استراحت آن‌قدر پایدار است که می‌تواند برای ۱۰،۰۰۰ سال یا بیشتر از ژن‌هایش محافظت کند، همین امر به دانشمندان این امکان را داد که DNA را از ماموت‌های یخ‌زده استخراج کنند. DNA مولکولی نیست که بخواهد ژن‌هایش را گسترده کرده و یا پخش کند بلکه مولکولی است که می‌خواهد ژن‌هایش را با درهم پیچیدن به‌صورت یک توده از آسیب حفظ کند.

ساختار سلولی که می‌خواهد ژن‌ها را کپی کرده و آن‌ها را به پروتئین عملکردی تبدیل کند ریبوزوم است. حالت استراحت ریبوزوم به این صورت است: "من آماده‌ام که DNA را به پروتئین تبدیل کنم". ریبوزوم‌ها می‌خواهند ژن‌ها را به مولکول‌های عملکردی تبدیل کنند.

ریبوزوم‌ها چه می‌خواهند؟

سؤال بزرگ در قیاس با تئوری "ژن خودخواه" این‌گونه می‌شود: "ممکن است که ریبوزوم‌ها بخواهند کپی‌هایی از خودشان ایجاد کنند؟" اگر ریبوزوم‌ها بخواهند خودشان را کپی کنند پس ابزارهای موجود را برای انجام آن به کار می‌گیرند. برای درک آنچه که ریبوزوم‌ها برای ایجاد یک کپی از خود احتیاج دارند، اطلاعات کوچکی در مورد ساختار و عملکرد آنها احتیاج داریم.

ریبوزوم‌ از پروتئین‌ و RNA تشکیل ‌شده است. RNA از لحاظ ساختاری تقریبا شبیه DNA است و در سه فرم مشخص وجود دارد. یکی از این فرم‌ها، RNA ریبوزومی یا rRNA است که همزمان با برهمکنش پروتئین‌ها برای تشکیل ماشین عملکردی ریبوزومی، نوعی داربست ساختاری ایجاد می‌کند. این "ماشین" از دو نوع دیگر RNA استفاده کرده تا پروتئین‌ها را بسازد. RNA پیام‌رسان یا mRNA اطلاعات ژنتیکی را از DNA رونویسی کرده و به ریبوزوم حمل می‌کند. RNA انتقالی یا tRNA پیام mRNA را به آمینواسیدها ترجمه می‌کند که بر روی ریبوزوم درهم تنیده می‌شوند تا پروتئین ساخته شود.

اگر ریبوزومی بخواهد خودش را تکثیر کند، rRNA ای که ساختار مرکزی ماشین ریبوزوم‌ها را تشکیل می‌دهد باید عملکردی باشد. برای اینکه این موضوع محقق شود rRNA باید دربردارنده ۳ اصل باشد. اول آن‌که باید شامل ژن‌هایی باشد که پروتئین‌های ریبوزومی‌اش را رمز کنند تا بتواند فرم عملکردی "ماشین" را شکل دهد. دوم، باید شامل mRNA های مورد نیاز برای حمل اطلاعات ژنتیکی‌اش به "ماشین" باشد. در آخر، باید tRNA مورد نیاز برای ترجمه mRNA به پروتئین را رمز کند.

مقاله‌ای که اخیرا در مجله Journal of Theoretical Biology به چاپ رسیده است، نشان داد rRNA ها شامل بقایایی از mRNA، tRNA، و ژن‌هایی که پروتئین‌های تشکیل دهنده ساختار و عملکردش را رمز می‌کنند، هستند. ریبوزوم‌ها به‌ آن سادگی که در کتاب‌های درسی نوشته‌ شده، ترجمه کننده‌های مطیع و گوش به‌فرمان ژن‌ها نیستند. ما معتقدیم ریبوزوم‌ها حلقه گمشده بین مولکول‌های ساده پیش از حیات و تک‌ سلولی LUCA (آخرین جد مشترک جهانی) هستند که تصور می‌شود اولین شکل حیات بر روی زمین باشد.

DNA تکامل یافت تا اطلاعاتی را که اصالتاً در rRNA رمز می‌شد، محافظت کند. سلول‌ها و موجودات تکامل یافتند تا تکثیر ریبوزوم‌ها را بهینه کنند. ریبوزوم‌ها تقریباً در تمام موجودات یکسان هستند. شاید ریبوزوم خودخواه باعث ایجاد برداشت جدیدی در احساس خویشاوندی با بقیه موجودات شود. همه ما فقط نوع متفاوتی از میزبان‌ها برای ریبوزوم‌ها هستیم.

منبع: Journal of Theoretical Biology