Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Alkalische hydrothermale bronnen en de RNA-wereld (Lane vs Koonin)

Alkalische hydrothermale bron

Dit blog volgt al enige tijd wat de wetenschappelijke opvattingen zijn over de oorsprong van leven. Gedurende de voorgaande eeuw kwamen er vele hypothesen naar voren. Vooral het idee van de primordiale soep zal bij velen bekend zijn; een lauwwarm vijvertje waar zich moleculen concentreerden. Uv-straling en elektrische ladingen zouden gezorgd hebben voor de energie die nodig is om grotere moleculen zoals aminozuren en proteinen te maken.
In de jaren zeventig ontdekte men de black smokers en daarmee ook de alkalische hydrothermale bronnen die zich beide op grote diepte op de oceaanbodem bevinden. Het lijken heel goede kandidaten te zijn als plek voor de oorsprong van het eerste leven. De laatste jaren concentreert men zich vooral op de alkalische hydrothermale bronnen. Deze hebben een rustiger karakter vergeleken met de black smokers en zijn veel minder heet. Ook het water sijpelt langzaam door de uit aragoniet bestaande wanden heen. Men heeft kunnen vaststellen dat zich in de wand microporiën bevinden die microscopische compartimenten vormen die een goed equivalent vormen voor een cel. In de wand van deze cellen vormt zich een protonengradiënt net zoals dat bestaat in levende cellen. Dit zou de eerste energiebron geweest kunnen zijn voor de reductie van kooldioxide.
Nick Lane beschouwt de mogelijkheid dat leven zich op deze wijze ontvouwt niet als uniek. Hij beweert dat elke planeet met rotsen en water de condities heeft om leven te herbergen.

Zowel Nick Lane als Eugene Koonin spreken van een RNA-wereld. Dit zou een wereld moeten zijn die vrijwel exclusief uit RNA bestaat. D.w.z. een wereld die nog geen levende cellen kent en bestaand uit langere of minder lange strengen van RNA en ribozymen. De katalyse van deze strengen RNA hangt af van de ribozymen die zelf ook uit RNA bestaan. Om de kans te berekenen dat leven kan ontstaan met als beginpunt een RNA-wereld neemt Koonin de grootte van ons universum in ogenschouw.

Ook hij spreekt van de alkalische hydrothermale bronnen als een zeer waarschijnlijke plaats voor de oorsprong van leven. Maar om te begrijpen of het ontstaan van leven daar meer of minder waarschijnlijk is kijkt hij niet zozeer naar de chemie zoals Lane dat doet, maar gaat hij uit van het universum dat voor ons zichtbaar is. Hij komt dan tot de conclusie dat de kans dat het fenomeen van een replicatie van RNA gekoppeld aan transcriptie zich voordoet in dat universum uiterst gering is. En wel kleiner dan 10^-1.018. Volgens deze berekening had leven nooit in ons universum kunnen ontstaan. De RNA-wereld zou zich zeer zeker voordoen in een MWO ofwel in een Many Worlds in One, waarin immers elk fenomeen dat gehoorzaamt aan de wetten der natuurkunde zich vroeg of laat voordoet. Een dergelijke wereld bestaat uit oneindig veel universa waarin er oneindig veel kopieën van de Aarde zijn.

Het lijkt er enigszins op dat het concept van dit multiversum nodig is om het ontstaan van leven te kunnen legitimeren. Als de berekeningen van Koonin kloppen wat betreft de kans dat RNA-polymeren zich vormen dan zou het ontstaan van leven in ons enkel universum een wonder genoemd moeten worden. Het is wat mij betreft waarschijnlijker dat er iets niet klopt in de berekeningen van Koonin. Zoals hij zelf onderstreept is het geen realistisch model en dient het uitsluitend om een brug te slaan tussen biologische en cosmologische modellen van de realiteit.

Zoals in het duidelijke blogbericht over Koonin van Gert Korthof beschreven wordt, kan de berekening en het resultaat daarvan betreffende de spontane vorming van RNA beschouwd worden als een treshold voor het ontstaan van leven.
Ikzelf blijf met het idee zitten dat de synthese van RNA de enige factor is die berekend kan worden en dat deze om die reden als treshold genomen is. Een ander punt is dat Nick Lane voorstander is van een ‘zwakke’ RNA-wereld waarin er ook andere moleculen zoals mineralen (bijv. ijzer-zwavel clusters) zijn die katalyseren. Als ook deze moleculen deel uitmaken van de katalyse van het RNA dan zouden berekeningen totaal onmogelijk zijn. De katalyse zou wel eens veel makkelijker gegaan kunnen zijn dan dat Koonin doet geloven. Ook het idee dat de grootte van het universum aangepast moet worden aan het resultaat van deze berekeningen is in zekere zin een antropogeen principe. Het moet vast en zeker allemaal met een korreltje zout genomen worden aangezien Koonin zelf schrijft dat het een ‘back-of-the-envelope’ berekening is.

Uit: Nick Lane

en E.V. Koonin: The Logic of Chance 2012

7 Reacties op “Alkalische hydrothermale bronnen en de RNA-wereld (Lane vs Koonin)

  1. gert korthof november 3, 2012 om 11:30

    Raadselachtig: ik ken géén bespreking van het boek van Koonin (2011) door collega wetenschappers. Ook is er geen review in Nature of Science verschenen! Het boek is belangrijk genoeg en Koonin heeft een onberispelijke status in zijn vakgebied. Daardoor weet ik gewoon niet wat collega onderzoekers over zijn threshold voor een rna wereld vinden. Afwachten maar. Lane’s artikel waar je naar linkt is van 2010 en zegt dus niets over Koonin’s threshold. Als iemand een review ziet dan hoor ik het graag.

  2. Rob van der Vlugt november 3, 2012 om 12:04

    Marleen,

    Het heeft iets moois om enerzijds te kijken naar wat op de kubieke milimeter gebeurt met moleculaire processen en anderzijds, al is het op achterkant van een envelop, uit te gaan rekenen of het heelal wel groot genoeg is. Wat dat laatste betreft had Koonin zich de moeite misschien kunnen besparen omdat hij één van de zaken die hij in zijn schatting meeneemt in mijn ogen fout kiest. Hij beperkt zich tot het voor ons zichtbare heelal terwijl dat een onbenoembare fractie is van het echte heelal dat immers oneindig groot is. Zo groot dus dat op het oog extreem zeldzame gebeurtenissen wel gedoemd zijn een keer op te treden.
    Als zo’n ontwikkeling leidt tot een levensvorm die zich kan gaan afvragen hoe het allemaal zo gekomen is moet die levensvorm natuurlijk wel zorgvuldig in de gaten houden of zijn aannames wel kloppen. ‘Many worlds in one’ lijken me een overbodige luxe in een heelal waar geen eind aan komt.

  3. Marleen november 3, 2012 om 13:08

    Gert,

    Voor de duidelijkheid, mijn berichtje pretendeert niet een review of iets dergelijks te zijn. Het ging mij vooral om de tegenstelling tussen Nick Lane die het ontstaan van leven onder bepaalde voorwaarden bijna als iets noodzakelijks ziet en Koonin die het ontstaan van leven als iets onwaarschijnlijks ziet.
    Ik betwijfel of er ooit nog eens een uitgebreide review van zijn boek zal komen. Meestal zijn de wetenschapsjournalisten daar vrij snel mee. We moeten het voorlopig zonder doen.
    Koonin citeert vaak Michael Russell, die bij de Journal of Cosmology een editor is. Zowel Lane als DiMauro publiceren in dit journal. Zij publiceren op hun beurt ook weer met Martin, waar Koonin ook mee publiceert. Het is blijkbaar een club wetenschappers die zich bezighoudt met de ‘origin of life’. Het is dan opvallend dat er zulke uiteenlopende visies zijn en dat is inderdaad raadselachtig. Ik denk niet dat Lane zijn mening wat betreft het ontstaan van leven en de kans daarop in de tussentijd veranderd heeft, ook al is zoiets natuurlijk altijd mogelijk.

    Wat mij bezighoudt is de microporie in de hydrothermal vent, waarin zich allerlei moleculen ophopen. Het gaat om zeer uiteenlopende mineralen (die nu nog steeds het hart vormen van bepaalde enzymen), om aminozuren en om nuceotiden. Je zou eraan kunnen twijfelen of er wel een RNA-wereld bestond en of er niet één grote mengeling aan primordiale macromoleculen bestond zoals proteinen, RNA en lipiden, en dat allemaal tegelijkertijd ! De RNA-wereld zou in dat geval een abstract model zijn dat verder weinig met de mogelijke realiteit van toen te maken heeft.

  4. harry pinxteren november 3, 2012 om 13:14

    gert
    inderdaad. Ik kan het alleen maar bevestigen en ik zie toch ook nog wel eens wat langskomen. Vreemd.

    Altijd gedacht dat Koonin serieus werd genomen, maar dit lijkt een ernstig geval van ´neglect´!

    marleen,

    fraai geformuleerd: ´het idee dat de grootte van het universum aangepast moet worden aan het resultaat van deze berekeningen ´

    Met een dobbelsteen van kosmische proporties heb je natuurlijk altijd wel een keer prijs, tenminste als dat niet verboden wordt door natuurwetten uiteraard!

    Enfin, een hele geruststelling: ons ontstaan is in ieder geval niet in strijd met de zwaartekracht🙂

  5. Marleen november 3, 2012 om 13:33

    Rob,

    Ik ben het helemaal met je eens. Zelf vond ik die tegenstellling tussen Lane’s microporien en Koonins’ MWO’s ook erg frappant. MWO lijkt ook mij een vreemde aanname. Het komt enigszins geforceerd over.
    Ik begrijp dat de berekening van Koonin een poging is om wetenschappelijk en dus middels getallen aan te geven wat de kans op het ontstaan van leven is, waarbij de vorming van RNA als treshold genomen wordt. Het is misschien de eerste serieuze poging. De enige parameter die onbekend is in zijn berekeningen, namelijk de snelheid van synthese van RNA-polymeren, wordt vastgesteld op 1 molecuul / cm3 / seconde. Nog een aanname waarvan we niet weten waar deze op gestoeld is. Koonin mag het weten…
    Misschien heeft hij duidelijke redenen voor deze synthese-snelheid die hij wellicht in zijn referenties geeft. De synthese kan vele malen hoger liggen als men de katalyserende werking van bepaalde mineralen meetelt. Het is wel waarschijnlijk dat de snelheid niet zoveel zal toenemen dat de kans op het ontstaan van RNA-polymeren drastisch verandert.

  6. Marleen november 3, 2012 om 13:51

    Harry,

    Een ernstig geval van neglect zeg je. Dat zou wel eens heel goed kunnen. Hoewel de meeste auteurs van het clubje verschillende keren in Nature publiceerden zou het feit dat zijzelf en enkele collega’s ook in de Journal of Cosmology publiceren wel eens negatief beoordeeld kunnen worden.

    http://journalofcosmology.com/Contents.html
    Als je de schreeuwerige pagina bekijkt met de meest uiteenlopende pseudowetenschappelijke onderwerpen vraag je je af wat Lane en Ernesto DiMauro daar doen. Ook Martin heeft daar gepubliceerd. Iemand met wie Koonin vaak gepubliceerd heeft.

    Ik hou me vast aan Nick Lane die geen probleem ziet voor het ontstaan van leven op elke planeet die rotsen en water heeft. Zo is het voor de bioloog (en vele andere wetenschappers) leuk om te blijven puzzelen over hoe het allemaal precies gegaan is. De kansberekening van Koonin voelde toch aan als een soort domper.

  7. harry pinxteren november 3, 2012 om 20:37

    marleen
    bedankt voor de link

    ik zie daar zo gauw toch wel een paar serieuze namen.

    ik denk dat ik dan toch maar maar astro theologie ga studeren!

Praat mee en laat hier uw reactie achter

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più

Microplastics

INTERREG MICRO PROJECT

Scientia Salon

Philosophy, Science, and all interesting things in between

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Vita da simbionte

perché collaborare è talvolta meglio che combattere

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

The Public House for Science...

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

the aphid room

All about aphids... not simply bugs|

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers op de volgende wijze: