Vlad Krasen
0 
3116
501
Miljarden jaren geleden vermengden moleculen zich op een levenloze en tumultueuze aarde en vormden de eerste levensvormen. Eonen later kruipt een grotere, slimmere levensvorm over laboratoriumexperimenten om zijn eigen begin te begrijpen.
Terwijl sommigen zeggen dat leven voortkwam uit eenvoudige ketens van moleculen, zeggen anderen dat vroege chemische reacties zelfreplicerend RNA vormden. RNA, een familielid van DNA, fungeert als een decoder of boodschapper van genetische informatie. [7 theorieën over de oorsprong van het leven]
Een nieuwe studie levert bewijs voor het RNA-idee, dat bekend staat als de "RNA-wereldhypothese". Maar ten minste één ingrediënt in het vroege RNA kan verschillen van wat er in de moderne vorm wordt gevonden, meldde een groep wetenschappers op 3 december in het tijdschrift Proceedings van de National Academy of Sciences.
Modern RNA is, naast zijn suiker- en fosfaatruggengraat, gemaakt van vier hoofdbouwstenen: nucleobasen genaamd adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en uracil (U).
Maar het blijkt dat het vroege RNA misschien één nucleobase heeft gehad die geen deel uitmaakt van de moderne vorm.
In kleine plastic buisjes stoppen de onderzoekers water, een klein beetje zout, buffer om de pH basisch te houden en magnesiumionen om reacties te versnellen. Deze omstandigheden zijn vergelijkbaar met die in een zoetwatermeer of vijver, een kratermeer of het soort meer of poel dat wordt aangetroffen in vulkanische regio's zoals Yellowstone National Park - allemaal plaatsen waar het leven zou kunnen zijn begonnen.
De onderzoekers voegden vervolgens een klein stukje RNA toe, een primer genaamd, bevestigd aan een langer stuk RNA, een sjabloon genaamd. Nieuw RNA wordt gemaakt wanneer een primer template-RNA kopieert door middel van basenparing. De nucleobasen passen op unieke wijze bij elkaar; C bindt alleen met G, en A bindt alleen met U.
De onderzoekers voegden de nucleobasen (A, C, G en U) toe zodat ze zich konden binden aan het sjabloon en zo het kortere stuk, de primer, konden verlengen. De resultaten toonden aan dat, met ingrediënten uit modern RNA, de reactie niet snel genoeg werkte om het RNA foutloos te laten vormen en repliceren.
Maar toen voegden de onderzoekers een andere chemische stof toe, inosine genaamd, aan de mix, in plaats van het op guanine gebaseerde molecuul. Daarna waren de onderzoekers verrast om te ontdekken dat RNA zich iets nauwkeuriger kon vormen en repliceren dan in een mix met guanine..
Deze mix veroorzaakte geen zogenaamde 'catastrofe bij fouten', wat betekent dat mutaties of willekeurige fouten in replicaties onder een drempel bleven, zodat ze konden worden geëlimineerd voordat ze zich opstapelden.
"Het feit dat [de toevoeging van inosine] het probleem van een catastrofe op het gebied van fouten overwint, is een belangrijke test van de betekenis van [het molecuul]", zegt David Deamer, een bioloog aan de University of California, Santa Cruz, die geen deel uitmaakte van het onderzoek. . Zijn enige klacht is de bewering dat inosine plausibeler is bij het maken van primitief RNA dan andere alternatieve basen, zei Deamer. Hij vindt nog niet dat de andere basen moeten worden uitgesloten, aangezien "dit een vrij brede claim is ... gebaseerd op een zeer specifieke chemische reactie", vertelde Deamer.
Maar omdat inosine gemakkelijk kan worden afgeleid van een ander basenpaar, adenine, maakt het het proces van het ontstaan van leven 'gemakkelijker' dan wanneer je guanine helemaal opnieuw zou moeten maken, zei John Sutherland, een onderzoeker naar de chemische oorsprong van moleculaire biologie aan de MRC. Laboratorium voor Moleculaire Biologie in het VK, die ook geen deel uitmaakte van de studie.
De bevindingen breken "de conventionele wijsheid dat inosine niet nuttig zou kunnen zijn", vertelde Sutherland. Inosine had deze reputatie verdiend omdat het een heel specifieke taak vervult in een vorm van RNA genaamd transfer RNA, dat genetische informatie decodeert.
Men dacht dat inosine "wiebelde" of zich aan verschillende basenparen bindt in plaats van aan een enkele. Dat zou het een arm molecuul hebben gemaakt om unieke instructies te geven om nieuw RNA te vormen, omdat er geen duidelijke richting zou zijn geweest voor waar inosine mee zou kunnen binden. En dus "hadden velen van ons ten onrechte gedacht dat [wiebelen] een inherente eigenschap was van inosine", zei Sutherland. Maar deze studie toonde aan dat inosine, in de vroege wereldcontext waar RNA voor het eerst opkwam, niet wiebelt, maar in plaats daarvan betrouwbaar paren met cytosine, voegde hij eraan toe..
"Het is nu allemaal logisch, maar op basis van de oudere resultaten hadden we niet verwacht dat inosine zo goed zou werken", zegt senior auteur Jack Szostak, een professor in scheikunde en chemische biologie aan de Harvard University, die ook een Nobelprijswinnaar.
Szostak en zijn team proberen nu uit te vinden hoe dat primitieve RNA anders zou kunnen zijn geweest dan modern RNA - en hoe het uiteindelijk in modern RNA veranderde. Ook is een groot deel van hun laboratorium gericht op hoe RNA-moleculen repliceerden voordat enzymen evolueerden. (Enzymen zijn eiwitten die chemische reacties versnellen.)
"Dit is een grote uitdaging", zei Szostak. "We hebben veel vooruitgang geboekt, maar er zijn nog steeds onopgeloste puzzels."
Sutherland merkte ook op dat het veld over het algemeen evolueert van een pure 'RNA-wereldhypothese' naar een waarin meer componenten worden gemengd in de ketel die leven heeft geschapen. Dat zijn onder meer lipiden, peptiden, eiwitten en energiebronnen. Hij voegde eraan toe dat in de hoofden van onderzoekers: "Het is een minder puristische RNA-wereld dan vroeger."
- Gallery: Evolution's Most Extreme Zoogdieren
- Evolutie versus Creationisme: 6 grote veldslagen
- In afbeeldingen: de buitengewone evolutie van 'blinde' cavefish
Oorspronkelijk gepubliceerd op .