Dogmat Woese'a
Dogmat Woese'a jest zasadą biologii ewolucyjnej , po raz pierwszy wysuniętą przez biofizyka Carla Woese'a w 1977 roku. Stwierdza on, że ewolucja rybosomalnego RNA była niezbędnym prekursorem ewolucji nowoczesnych form życia. Doprowadziło to do rozwoju filogenetycznego drzewa życia składającego się z trzech domen zamiast wcześniej akceptowanych dwóch. Chociaż istnienie Eukaryi i Prokaryi zostało już zaakceptowane, Woese był odpowiedzialny za rozróżnienie między bakteriami a archaeami . Pomimo początkowej krytyki i kontrowersji wokół jego twierdzeń, system trzech domen Woese'a, oparty na jego pracy dotyczącej roli rRNA w ewolucji współczesnego życia, stał się powszechnie akceptowany.
Homologia jako dowód na dogmaty Woese'a
homologia tRNA
Dowody na dogmat Woese'a są dobrze ugruntowane poprzez porównania homologii RNA . Współczesne badania pozwalają na bardziej liberalne wykorzystanie sekwencjonowania RNA , co pozwala na lepszą analizę porównawczą odległych RNA. Analizując wiele szczepów E. coli , Root-Bernstein i in. porównali tRNA znalezione w rRNA z tRNA znalezionym w E. coli , aby zobaczyć, czy struktura drugorzędowa jest taka sama jak bardziej „nowoczesne” tRNA obecne w E. coli . Porównania między kodowaniem tRNA znalezionym w rRNA i mRNA sekwencji kontrolnych stwierdziło, że „sortowanie” tych sekwencji było bardzo podobne, a porównania struktury białek po translacji wykazały, że homologia jest prawdopodobna. Dodatkowo, sekwencje homologiczne do wszystkich tRNA niezbędnych do translacji były obecne w rRNA 16s i 23s, a także znaleziono syntetazy do ładowania tych tRNA, co wskazuje, że wiele funkcji transkrypcji i translacji obecnych w bardziej współczesnym życiu istnieje w rRNA, jeśli szczątkowo.
homologia rRNA
Przy porównywaniu homologii struktur rRNA konieczna jest analiza podstruktur. Dzieje się tak dlatego, że obecnie nie istnieją modele, które badałyby całość struktury RNA. Ogólnie rzecz biorąc, filogenezy podjednostek rRNA, aby zrozumieć każdy składnik oraz sposób, w jaki działają i ewoluują. Poprzez utworzone filogenezy, które przedstawiają elementy strukturalne rRNA obecne we wszystkich trzech domenach życia, najstarsze elementy strukturalne można określić poprzez względne datowanie . Filogenezy te zostały wykorzystane w badaniu Harisha i wsp., aby wykazać, że helikalny rdzeń oznaczony h44 w małej podjednostce rRNA można opisać jako najstarszy składnik strukturalny rRNA, co ma szczególne znaczenie, ponieważ struktura ta odpowiada za procesy łączenia w małej podjednostki, która jest odpowiedzialna za dekodowanie, z dużą podjednostką, która jest odpowiedzialna za tworzenie wiązań peptydowych i uwalnianie czynników elongacyjnych. Zasadniczo pokazuje to, że funkcjonalne pochodzenie rybosomu, odpowiedzialnego za syntezę białek, jest wspólne dla całego współczesnego życia w każdej z trzech domen.
Dowody uzyskano również podczas badania organelli eukariotycznych, takich jak chloroplast. Analiza filogenetyczna Zablena i wsp. Przeprowadziła elektroforezę na rybosomalnym RNA chloroplastów, w szczególności na 16S rRNA Euglena gracilis . Przeprowadzając ten eksperyment, naukowcy porównali elektroforetyczny odcisk palca tego RNA z innymi chloroplastami i prokaryami. Porównując te wyniki, stwierdzono, że ogólnie te chloroplasty wykazują bliskie pokrewieństwo genomowe, podczas gdy bardziej odległe pokrewieństwo obserwuje się w przypadku alg, a następnie organizmów prokariotycznych. Eksperyment ten pokazuje, że rRNA odległych organizmów ma podobne pochodzenie jak w organellach eukariotycznych, co potwierdza pogląd, że ewolucja rRNA była niezbędnym prekursorem współczesnego życia.
Rybosomy jako pierwotne samoreplikujące się jednostki
Jednym z powodów, dla których Dogma Woese'a ma znaczenie, jest potencjał, że RNA był pierwszą pierwotną samoreplikującą się cząsteczką (patrz: RNA World ), co oznacza, że będzie kluczem do postępu współczesnego życia. W szczególności zaproponowano, że rybosomy istnieją jako brakujące ogniwo w ewolucji prebiotyków, a rRNA jest pozostałością starożytnego genomu. Istnieją pewne dowody na to, że rRNA funkcjonowało w przeszłości do kodowania białek, które są kluczowe dla funkcji rybosomu. Godnym uwagi przykładem jest fakt, że powszechnie wiadomo, że białka rRNA wiążą się z własnym mRNA. Ponadto niektóre białka rybosomalne nie tylko regulują swoją własną ekspresję, ale także ekspresję innych białek. Są to zarówno oznaki samoreplikacji, jak i wskazują na możliwość, że mRNA kodujący białka rybosomalne wyewoluował z rRNA.
Krytyka
RNA istniejący jako pierwotna samoreplikująca się jednostka to idea, która spotyka się z krytyką. W szczególności sama idea rRNA wystarczy do wyjaśnienia postępu współczesnych walk życiowych, ponieważ brakuje w niej pewnych kluczowych dowodów. W szczególności nie można wykazać, że RNA jest prebiotykiem, ponieważ nie ma możliwości replikacji nieenzymatycznej nukleotydów lub nukleozydów, które go tworzą. Ponadto istnieją inne krytyczne uwagi, takie jak fakt, że RNA nie jest wystarczająco stabilny, aby powstał prebiotycznie, i że jest zbyt złożony, aby powstał prebiotycznie. Doprowadziło to do powstania innych hipotez, takich jak „najpierw białka”, według której białka powstały przed RNA lub współewoluowały z RNA. Doprowadziło to również do propozycji innych pierwotnych cząsteczek, które mogły rozwinąć się w RNA i DNA, takie jak peptydowe kwasy nukleinowe , które również wykazują oznaki samoreplikacji. Pomimo faktu, że może istnieć krytyka dotycząca pierwotnej lub prebiotycznej natury rRNA, krytyka ta nie jest skierowana ogólnie do dogmatu Woese'a, ponieważ Dogma Woese'a twierdzi jedynie, że ewolucja rRNA była niezbędnym prekursorem współczesnego życia, a nie rRNA powstało prebiotycznie.