Het laatste stukje van de puzzel

Primordial soup – art from Fippy Populosa

In het begin waren er Ida en Luca. Ida (the initial Darwinian ancestor) was de eerste molecuul die in staat was tot zelfreplicatie. Deze molecuul maakte vele kopieën van zichzelf, ontwikkelde de eigenschap genetische informatie op te slaan, wat uiteindelijk leidde naar het ontstaan van Luca (last universal common ancestor). Deze laatste gemeenschappelijke voorouder maakte waarschijnlijk gebruik van een RNA molecuul. RNA kan namelijk kopieën van zichzelf maken zonder gebruik van een catalysator. Het is lang de vraag geweest hoe zich spontaan strengen van oligonucleotiden, oftewel RNA, konden vormen vanuit losse nucleotiden. Ernesto Di Mauro toont aan dat dit spontaan kan gebeuren. In het on-line wetenschapsjournal NewScientist wordt zijn baanbrekend werk binnen de oorsprong van genetisch materiaal en het leven geplaats; de puzzel is nu opgelost.

Twee weken geleden gaf Ernesto Di Mauro een lezing aan de Universiteit van Padova. In een voorgaand bericht heb ik daar verslag van gedaan. Dit bericht is een vervolg op het voorgaande en plaatst het werk van Di Mauro in breder perspectief.

RNA kan als enzyme te werk gaan. Dit betekent dat het metabolisme al kon aanvangen voordat er proteïnen bestonden. Luca ontstond zo’n 4 miljard jaar geleden, een half

Van internet. RNA-code

miljard jaar na het ontstaan van de Aarde. Deze eerste vorm van leven gebruikte waarschijnlijk RNA-moleculen zowel als drager van genetische informatie als vorm van enzyme.
De genetische code is gebaseerd op codons. De vier nucleotiden A,U (of T in DNA), C en G bepalen de volgorde en worden door ribosomen gelezen in codons van drie nucleotiden. Elk codon correspondeert met een aminozuur. De ribosomen lezen de genetische code af en vormen naar gelang de codons voorbijschuiven een keten van aminozuren, ofwel een proteïne. Een recente studie toont aan dat deze code voor elk aminozuur bepaald wordt door een bijzonder hoge affiniteit van het specifieke aminozuur voor het corresponderende codon. Dit proces baseerde zich uitsluitend op eenvoudige chemische mechanismen. De code die Luca kenmerkte geldt nu nog voor al het leven, van dinosaurus tot gist, van plant tot mens.

De vraag die tot nu toe open bleef is hoe Ida lange ketens van RNA kon vormen vanaf

Van internet: cyclisch GMP: de fosfaatgroep vormt een ring met het suiker

losse nucleotiden. Al lang wordt er gesproken van een ‘missing link’: een catalysator die van nucleotiden een keten van RNA kan vormen. En hier komt het onderzoek van de groep van Ernesto Di Mauro naar voren. Hij toont aan dat cyclische nucleotiden, die chemische varianten zijn van nucleotiden, zonder catalysator in warm water (van 40°C tot 90°C) RNA-strengen kunnen vormen. Cyclische nucleotiden kunnen net zo makkelijk in een primordiale omgeving voorkomen als gewone nucleotiden.

Deze reacties konden zich voordoen in de hete thermale bronnen of beter in de rustig bubbelende alkalische bronnen op de bodem van de oceaan. (Zie een voorgaand blog). Daar bestaat geen experimenteel bewijs voor, maar recentelijk ontdekte eigenschappen van de bronnen tonen aan dat er kleine ‘microcellen’ in de structuur van deze bronnen bestaan die een micro-omgeving creëren waar zich deze chemische reacties afgespeeld kunnen hebben. Het RNA vormde zich, kopieerde zich, codeerde voor aminozuren en vanaf dat moment nam het leven haar aanloop.