生命誕生はRNAワールドでは説明できない

索引

  1. 初めに
  2. セントラルドグマはRNAワールドを指向する
  3. タンパク質を合成するリボソームはタンパク質を使ってできている
  4. RNAもDNAもアミノ酸を学習する機能がない
  5. RNAもDNAもアミノ酸の左手と右手を区別できない
  6. まとめ

初めに

生命誕生の一つの説明としてRNAワールド仮説があります。地球に最初にRNAが登場して、そのRNAの働きにより生命が誕生してきた、とする説がRNAワールド仮説であるなら、その説には明らかな矛盾があります。現代においてRNAワールド仮説は取り上げるに足る学説の域には達していないと思われます。

これまで説明してきた通り、生命誕生の有力な仮説の一つに、「一分子生命ビッグバン(Bigbang of Life from One Molecule )」の学説があります。この仮説は、光学活性を持つ自己複製可能な、たった一つの有機分子から地球上のあらゆる生命体が進化したことを仮定します。

地球上の生命体や、生命に関係する全ての物質は、たった一つの有機分子に由来する、というのです。

この仮説を受け入れさえすれば、これまで全く歯が立たなかった生命の不思議な性質を鮮やかに解き明かすことができます。

今回も、一分子生命ビッグバン仮説との対比で、RNAワールド仮説を比較しながら、生命誕生の謎に迫ります。

セントラルドグマはRNAワールドを指向する

ここでは、RNAワールド仮説とは、地球上に最初にRNAが登場して、世界中にRNAが十分に広がった後に、生命が誕生してきた、と考える説とします。もちろんこれ以外にも変形バージョンや発展バージョンはありますが、RNAワールド仮説の基本骨格はこの通りでしょう。

なぜRNAワールド仮説が現れてきたのか。

これは私見ですが、RNAワールド仮説が出てきた背景には、DNAの構造を突き止めたクリックが提唱したセントラルドグマが色濃く反映されているからだと私は思っています。

セントラルドグマとは、タンパク質が合成される際に、最初にDNAから遺伝情報が読み取られ、その遺伝情報に基づいてL型アミノ酸を用いてタンパク質が合成される順番をとると考える学説です。

このセントラルドグマにはもちろん例外もありますが、セントラルドクマによらないで生成されたタンパク質のみで形成されている生命体は地球上には存在しない、といっても間違いではありません。それくらい、徹底的に地球上の生命体はセントラルドクマに従っています。

セントラルドグマが正しいとすれば、DNAがなければタンパク質は合成されず、最初にDNAがなければタンパク質を持つ生命体は地球上にはいないことになります。

DNAは生命を形作る基本的な設計図といえます。設計図が最初になければ緻密な生命体の構造は形成されないのではないか、と直感では感じます。

地球上の生命体の仕組みや機能、構造はあまりにもよくできすぎていて、これらのものが自然に生成してきたとはとても信じられない。それくらい、地球上の生命体は複雑精緻な仕組みや機能、構造を有しています。

設計図もないのに、行き当たりばったりで進んだ結果として、生命体は本当に生じるのだろうか。このような疑問は誰でも一度は考えると思います。

生命誕生の裏側には、きっと設計図に相当するものがあったのではないか。

こういった考え方がかつては広く存在したのではないか、というのが私の想像です。

生命誕生の前提として、何らかの設計図があった。その設計図に従って生命は誕生し、進化してきた。このような根拠のない思い込みがあったのではないでしょうか。

ただ、いきなりDNAのような見事な複製システムがどこからともなく現れるのは信じがたい。

きっとDNAが現れる前に、DNAを形成するのに役立つ前駆体的なものが最初に現れただろう。

こういった考え方は、生命の発生に設計図が関与したとする思い込みがあったなら自然に出てくるように思われます。

ただ、RNAワールドにせよ、DNAワールドにせよ、生命発生前にRNAやDNAが登場してきたとは到底信じられない事実もまた、存在するのです。

今回はRNAワールドやDNAワールドのどこがおかしいかを取り上げます。

タンパク質を合成するリボソームはタンパク質を使ってできている

セントラルドクマが生命発生の時点でも成立すると仮定します。

セントラルドグマによれば、DNAの情報やRNAの情報に基づいてL型アミノ酸が選択され、そのL型アミノ酸をトランスファーRNA(t-RNA)が探してきて、リボソームまで運びます。

リボソームでは、t-RNAが運んできたL型アミノ酸を使ってタンパク質を合成します。

ところがこのリボソームはタンパク質を使ってできています。

いいですか。見落としやすい点ですのでもう一度いいます。

リボソームはタンパク質を使ってできています。

この事実を聞いただけで、生命の発生の最初の時点で、セントラルドグマが働きようがないことが分かるでしょう。

タンパク質を合成するのに、タンパク質が必要だから、です。

まだぴんとこない人はいますか?

例えば、人間の赤ちゃんは人間から生まれます。

人間以外から人間の赤ちゃんは生まれないです。これは我々が観測できる世界ではそうであるし、歴史上、人間の赤ちゃんが人間以外から産まれたという記録はないです。

もちろん、ここでいう人間は現在の人間につながるホモサピエンスである前提の話です。

ところが地球上には人間のいない時代もありましたから(例えば地球が形成される前は我々が観測できる世界には人間は存在しえない)、人間の赤ちゃんは人間から生まれるといっても、初回は必ず人間以外から産まれる必要があります。

つまり我々の究極の祖先は、人間とは似ても似つかぬ存在であったことは疑いないです。

もう一度戻ってタンパク質を合成するのに、タンパク質が必要である事実は何を意味するのでしょうか。

タンパク質を合成するのに、タンパク質を必要とするリボソームは、最初の生命発生の現場に立ち会うことができません。

これは、人間の究極の祖先が人間ではあり得ないのと同じです。リボソームが地球上に最初に登場するのは、実際に生命体が利用できるタンパク質が合成された後です。

つまり、仮に地球上に大量にRNAやDNAが存在したとしても、RNAやDNAが持つ情報に基づいて実際にタンパク質を合成するエンジンが存在しないことになります。

生命発生の最初の段階では、リボソームが活躍する余地がないのです。

生命発生の最初の段階では、セントラルドグマの理論は破綻する。これが事実です。

先に自然にリボソーム用のタンパク質が形成された?

生命発生の最初の段階で、RNAやDNAの持つ情報を活かそうとすると、リボソーム用のタンパク質が自然に合成された後に、自然合成されたタンパク質を使ってリボソームが形成されたことになります。

この考え方には難点があります。

生体の制御機能を経ないで合成されたタンパク質は、生体で使うことができる程度に規格化されていないです。

なぜなら、タンパク質を形成するアミノ酸にはL型とD型の二つの光学活性体が存在するからです。

ここでは説明の便宜上、L型を左手型、D型を右手型と呼びます。一つの例えとして、左手用の野球グローブと、右手用の野球グローブとを念頭におくとわかりやすいと思います。

グリシンのように左手型と右手型の構造が一致する場合を除き、全てのアミノ酸には一つにつき、二種類の構造があることになります。同じ化合物について二つある構造は、それぞれ光学異性体と呼ばれます。

大切なことは、左手型アミノ酸と右手型アミノ酸は互換性がないということです。自然に一方が他方に変換されることもありません。

それは右手用の野球グローブが、左手用の野球グローブに自然に変化しないのと同じです。

仮にタンパク質が100個のアミノ酸を連結して形成されているとすれば、それぞれのアミノ酸で右手左手の違いにのみ着目した順列組み合わせは2の100乗で、1.27×10の30乗ほどの種類になります。つまり、左手型・右手型の違いだけに着目したとしても、左手右手がこれほどまでに入り乱れてしまうのです。

現在地球上の全ての生命体に使われているアミノ酸のように、左手型アミノ酸オンリーで形成されているタンパク質を自然に入手しようとしてもできません。

自然にできたタンパク質の中には左手型アミノ酸オンリーで形成されているタンパク質はざっくり10の30乗分の1個しか含まれていないのですから、事実上、正常に機能するタンパク質を探し出すのは不可能です。

ちなみに、この宇宙にある星の数は、全体で1000億個の銀河に1000億個の星が含まれていると仮定しても、10の22乗個程度です。

宇宙にある全ての星の中から探しても、一個もないと断言できる確率でしか、正常に機能するタンパク質は入手できないことになります。

タンパク質を星の数ほど自然合成したとしても、その中にリボソームに使える左手型のアミノ酸だけからできたタンパク質は含まれないですよ。

多くの生命発生の学説は、タンパク質を形成するアミノ酸が一種類につき、それぞれ左手型と右手型の二つの光学異性体を含むことに言及していません。残念なことです。

先に自然にリボソーム用のタンパク質が左手型と右手型のアミノ酸をランダムに使って形成されて、そのタンパク質を使ってリボソームができた。そしてそのリボソームがRNAやDNAの情報を元にしてタンパク質を合成した、との説は却下、です。

左手型のアミノ酸の中に右手型アミノ酸が混入すると、その右手型アミノ酸が混入した部分でタンパク質の折れ曲がり構造が変化します。そうすると、最終的に形成されるタンパク質の最終立体構造に変化がでるでしょう。

右手型アミノ酸がタンパク質の中に組み込まれてしまうと、後からそれを左手型アミノ酸に置換するのは不可能です。タンパク質の機能が立体構造により発現されるなら、正常に機能するタンパク質は得られません。それどころか、合成されるたびに構造が一致しない非正規品のタンパク質が大量生産されることになります。

リボソームがなんとなくできあがる説は、確率論的に信憑性がありません。

一分子生命ビッグバン仮説による考え方

一分子生命ビッグバン仮説によれば、地球上のあらゆる生命体は、地球に最初に登場した、自己複製機能を有する光学活性体の一分子から進化したことになっています。

たった一個の一分子からスタートしたので、地球上の全ての生物はその光学活性の性質を引き継いでいます。この一分子から産生されるアミノ酸は左手型の一方に(たまたま)決まります。以降は自己複製により、左手系列のみが大量生産されます。

アミノ酸の左手右手問題は気にする必要がありません。
最初から地球には左手型のアミノ酸しか存在しなかったからです。

RNAもDNAもアミノ酸を学習する機能がない

t-RNAはアミノ酸を見つけて運んでくることができます。t-RNAがアミノ酸の構造認識機能を備えていることから、地球上に最初に形成されたRNAやDNAがアミノ酸の構造認識機能を備えていたことは十分あり得ると思います。

RNAやDNAがアミノ酸の構造認識機能を備えているから、RNAやDNAは自然界にあるアミノ酸の中から、生命体にとって必要なものを試行錯誤により選び出して活用する学習機能がある。。。。

この点が、生命誕生のミステリーを解く上で迷子になるポイントというか、ミスリードポイントというか、多くの方が迷路に迷い込んでしまうはまりポイントです。

確率的に数百万種はくだらない理論上あったはずのアミノ酸の中から、特定の64種類のアミノ酸を学習して見つけ出す能力を原始RNAや原始DNAが獲得した、と考えている人はいますか?

もしいるなら、迷路にはまっていますよ。

ちなみにRNAやDNAの持つアミノ酸の識別機能は、最大64種までです。
(核酸塩基三つが一つのアミノ酸をコードします。そして核酸塩基は四種類ありますから、4x4x4=64です。)

仮にRNAやDNAが最初に地球に登場して、世界各地に広がった後に、世界各地でRNAやDNAがそれぞれアミノ酸を探索したとします。

そうすると、地域毎にRNAやDNAが現地で選択採用するアミノ酸にばらつきがでるのではないでしょうか。

なぜ地球上の生命体は、20種類程度のアミノ酸を使っていて、その種類が生命体の種類によらず、ことごとく一致しているのか。ここが説明できないでしょう。

ずばりいいますが、RNAやDNAは、生命発生の最初の段階で、自然界にあるアミノ酸を外界から探してきて集めてくるような機能は持っていないですよ。

もし持っていたとしたら、生命体の種類に依存せず、全ての生物で共通したアミノ酸が使用されていることを説明できないのではないですか?

確率論的にばらつきがでるのではないですか?
なぜ現存する生命体は、ここまで同じ基本的性質を備えているのでしょうか。

一分子生命ビッグバン仮説による考え方

一分子生命ビッグバン仮説では、最初にアミノ基、カルボキシル基および水素基の三つをそれぞれ格納する受容部の絶対位置が固定された、たった一つのテンプレートが存在したとされます。

このテンプレートはマザーテンプレートの名称からMTと略されます。

MTはたった一つしか存在しなかったため、このテンプレートから産生されるアミノ酸は全て左手型になります。

このMTと同じ機能を持つ一分子が、自己複製機能を身につけて、左手型アミノ酸を産生できるようになった最初が、生命の最初の誕生です。

この一分子(実際は原始RNAや原始DNAを持つ複合体)はMTと同じ左手型アミノ酸産生機能を有しています。

そしてこの一分子が当時の環境下で合成できた左手型アミノ酸が20種類程度であった、というわけです。

この一分子は自己をコピーする機能を持っているので、コピーにつぐコピーにより、まるでウイルスが世界中に感染症をまき散らすように、地球上に広がっていきます。

一分子生命ビッグバンによれば、生命体の種類に依存せず、左手型アミノ酸20種類程度を使ってタンパク質が合成されていても不思議でもなんでもありません。

最初の一個をコピーしまくって、現在の生命体につながる生命が誕生してきたからです。

最初の一個が選んだアミノ酸が20種類程度であった。
一人が着る服は20種類程度あれば十分だったからです。

さらに一分子生命ビッグバン仮説では、最初に登場した20種類程度の左手型アミノ酸がテンプレートになって、原始RNAや原始DNAが生成されてきた、と考えます。

つまり、最初に登場した20種類程度の左手型アミノ酸という「答え」を知ってから、その答えにぴったり当てはまる問題を作るように、原始RNAや原始DNAが生成されてきた、と考えるのです。

もっと分かりやすく言えば、原始生命体は、RNAやDNAを最初に作る時にカンニングをした、ということです。

上品な言い方をすれば、生命誕生の段階で既に存在していた20種類程度の左手型アミノ酸をお手本にした、ということです。

先に生命誕生の裏側には設計図的なものがあったのではないか、と説明しました。

この設計図はあったのです。20種類程度の左手型アミノ酸がそれです。

RNAやDNAは生命誕生の場面の設計図ではないのです。
20種類程度の左手型アミノ酸こそが(無限の可能性を秘めた)設計図なのです。

ミステリー小説でいえば、犯人と思われていた側が実は被害者で、被害者と思われていた側が実は犯人だった、というような話です。

RNAだらけのRNAワールドが形成された後にタンパク質が形成されたのではないですよ。
因果関係を解釈する方向が、180度(というか、さらに一周回って540度というべきか)逆ですよ。

RNAもDNAもアミノ酸の左手と右手を区別できない

RNAワールドとかDNAワールドとか、なんだか怪しい説は突っ込みどころが満載です。

いくらでも叩くことができますが、もう一つ付け加えておきましょう。

結論からいうと、原始RNAも原始DNAもアミノ酸の左手と右手を区別できないですよ。

左手と右手を区別するための直接の情報がRNAにもDNAにも保持されていないからです。

核酸塩基の配列は、純粋に、アミノ酸の構造についての情報を保持していますが、そのアミノ酸が左手型か、右手型かを見分ける情報は、少なくとも地球上に最初に登場したRNAもDNAももっていないです。

なぜそう断言できるのか。

アミノ酸の光学異性体の物理的性質は、偏光に対する挙動以外は、完全に一致するからです。

物理的性質が完全に一致しているからこそ、最初に登場したRNAもDNAも、その違いを学習する機会がなかった。そもそも違いがないのだから、その違いを認識しようがない。

ところでアミノ酸は正四面体の構造を持っています。

この一つの頂点にある構造(R基)が、アミノ酸の違いを決定付けます。

これに対し、残る三つの頂点(アミノ基、カルボキシル基および水素基)の相対配置がアミノ酸の左手型右手型を決定付けます。

仮に原始RNAがアミノ酸の右手型左手型を認識できたと仮定すると、原始RNAは正四面体の一つの頂点にあるR基の構造を認識しつつ、残る三つの頂点が右回りか左回りかを識別できたことになります。

どうやって?

生命が誕生してから十分に時間が経って、十分な世代交代を経て、体内の代謝系が最新バージョンに更新された後に、完全に高次構造が制御されたタンパク質による(比喩としての)左手用野球グローブが合成できた後なら、その左手用野球グローブにぴったり合う左手の構造を認識することもできるでしょう。

ところがここでは、タンパク質が初めて合成される前に、そのタンパク質を作るためのアミノ酸を原始RNAや原始DNAが選び取る話をしています。

仮にRNAやDNAがアミノ酸の左手右手構造を認識できたとして、なぜ、左手型の構造だけを選び採ることができる?
なぜ右手型の構造を選ばない?

しかも最初にアミノ酸にであった段階から、左手型アミノ酸だけを選び取ることができた、というのですか?

サイコロでいえば、奇数の目だけを選び取り、偶数の目を選び取らないメカニズムがあることになります。
そのメカニズムに答えようとしないで、何に答えようとしているのですか?

RNAワールドとか、DNAワールドとかを語る前に、ここの議論をしっかり詰めて頂きたい。

RNAワールドとか、DNAワールドとかを唱えるなら、上記のメカニズムについて説明できる必要があります。

もし説明することができないなら、それは「学説」ではなくて、単なる「願望」になるのではないでしょうか。こうあって欲しいという。。。

一分子生命ビッグバン仮説による考え方

一分子生命ビッグバン仮説によれば、地球上の生命体は、地球に最初に登場した、自己を複製できる、光学活性のある、たった一つの一分子から進化しました。

たった一つの一分子から産生されるアミノ酸は(たまたま)左手型が選択されたので、以降は左手型アミノ酸しか産生されません。

ですので、上記のようなアミノ酸の左手型、右手型の違いについて、RNAもDNAも考慮する必要が全くなかった。

ちなみに多くの生命誕生について研究する科学者がアミノ酸の左手型、右手型の違いを考慮していない(論文や著書で言及していない)のには理由があります。

科学者がアミノ酸の左手型、右手型の違いがあるのを見落としていたわけではないですよ。

最初からアミノ酸の右手左手問題を考慮しないで済むように、この自然界の生命体は進化してきました。

一分子生命ビッグバン仮説を受け容れるかどうかは別にして、この点について異論を唱え得る人はいないと思います。

だからアミノ酸の右手左手問題を誰も考慮しないのです。あたりまえすぎて、今では誰も言及するほどのことではないことになっています。

どのようにすればアミノ酸の右手左手問題を考慮しなくて済むのか。
この疑問に正面から答えるのが一分子生命ビッグバン仮説です。

まとめ

生命誕生のミステリーへの挑戦は、人生をかけて取り組むにふさわしいテーマの一つです。

証拠や遺留品はふんだんに残されています。
先人の調査結果もいまでは簡単に閲覧することもできます。

できるだけ多くの若い方が生命誕生の謎に挑戦して解き明かすことに参加しようと思って貰えるなら、これに勝る喜びはありません。

ファーイースト国際特許事務所
所長弁理士 平野 泰弘

03-6667-0247

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