Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

DNA en vulkanische rotsen

Al sinds de jaren zestig proberen onderzoekers Darwiniaanse evolutie te simuleren met replicerende DNA-strengen. Het is echter in veel experimenten gebleken dat replicatie van DNA in vitro voor een probleem zorgt. Bij deze kunstmatige replicatie blijken de fragmenten van DNA steeds korter te worden naarmate de replicatiecyclussen elkaar opvolgen. Kortere fragmenten repliceren namelijk sneller dan langere en zullen daardoor vlugger in aantal toenemen, waardoor de langere DNA-strengen uiteindelijk verminderen of ‘uitsterven’. Dit wordt wel het dilemma van Spiegelman genoemd, naar een pionier op het gebied van dit soort onderzoeken.

Nu is recent het nieuws verschenen dat dit dilemma vermeden kan worden. Er is door een groep onderzoekers van het Max Planck Instituut en Ludwig Maximilians Universiteit in Duitsland in eerste instantie aangetoond dat het mogelijk is de langere filamenten van kortere te scheiden. Door gebruik van capillaire buisjes, waardoor een vloeistof met DNA strengen stroomt en waarin een temperatuurgradiënt bestaat, laten ze zien dat de langere DNA strengen als gevolg van convectie en thermodiffusie aan de basis van dit buisje accumuleren.

Vervolgens werd er een experiment opgezet met Polymerase Chain Reaction (PCR). Dit enzym wordt doorgaans in laboratoria gebruikt om kleine hoeveelheden DNA te amplificeren met cycli van temperatuurwisselingen. Er werden DNA- strengen van verschillende lengte plus polymerase en primers in bufferoplossing door het buisje heen gestuurd. Er vindt zodoende replicatie van de verschillende DNA strengen plaats. Ook in dit geval accumuleerde de langere DNA-strengen. Het langere DNA wordt als het ware gevangen in het buisje, de kortere filamenten stromen met de vloeistof mee het buisje uit. Op de figuur kan gezien worden hoe de opgevangen fracties van de inhoud van het buisje kortere en langere DNA-strengen bevatten. Dit wordt aangetoond door middel van elektroforese van de verschillende fracties.

DNA_flownchem_630m

Een scala van dubbelstrengs DNA wordt geïnjecteerd in het capillaire buisje met lengtes variërend tussen 20 en 200 bp met stappen van 20. Het doorspoelen met buffer op de aangegeven snelheid (Vs) spoelt de lengtes tot en met 80 bp weg terwijl de langere strengen gevangen blijven zoals het resultaat op elektroforese rechts laat zien.

 

Deze resultaten zijn van bijzondere betekenis, niet alleen voor het onderzoek over het mogelijke ontstaan van DNA zelf, maar ook voor het onderzoek naar de oorsprong van leven in het algemeen. Er wordt in de publicatie gerefereerd aan vulkanisch gesteente op de zeebodem waarin een temperatuurgradiënt zou bestaan. Daarin kunnen kleine barsten of poriën zitten waarin zich macromoleculen als DNA kunnen ophopen en waarbij met replicatie van en mutaties in dit DNA er in principe Darwiniaanse evolutie mogelijk is.

Dit laatste zal altijd speculatief blijven, maar langzaamaan hopen de experimenten op waaruit blijkt dat dergelijke scenario’s mogelijk geweest zijn. Nu is dit experiment uitgevoerd met dubbelstrengs DNA. Doorgaans gaat men er echter van uit dat de eerste macromoleculen uit enkelstrengs RNA bestonden. Het is daarom niet duidelijk hoe dit experiment in deze hypothese past.

Nu hebben Nick Lane en Bill Martin veel geschreven over de mogelijke oorsprong van leven in de poriën van de schoorsteenwanden in hydrothermale bronnen. Het is enigszins opmerkelijk dat deze studie helemaal niet refereert aan deze wetenschappers.

 

h/t Rob van der Vlugt

Uit: Kreysing, M., Keil, L., Lanzmich, S. & Braun, D. Heat flux across an open pore enables the continuous replication and selection of oligonucleotides towards increasing length. Nature Chemistry 0, (2015). (Free access in ReadCube)

18 Reacties op “DNA en vulkanische rotsen

  1. gert korthof februari 14, 2015 om 10:14

    Marleen, dank voor dit interessante onderwerp. Er werd PCR gebruikt (Taq polymerase), maar dat is een (niet-random)enzym dus eiwit. Waar komt dat vandaan? Dat kan niet spontaan ontstaan. Lijkt me onwaarschijnlijk. Het experiment gebruikt primers van tientallen bp lang. De PCR lukt, maar waar komen de dna primers vandaan? Ze kunnen een random sequence hebben, maar kunnen ze uberhaupt abiotisch ontstaan? van die lengte? Ik kan niet zo gauw ontdekken of de auteurs daar iets over zeggen, maar dat is wel cruciaal als je claimt dat dit experiment van belang is voor Origin of Life. Als ze op die vragen geen antwoord hebben, is het een interessant laboratorium experiment maar is het niet relevant voor OOL. En inderdaad zoals je zei: waarom geen RNA?

  2. gert korthof februari 14, 2015 om 13:40

    PS: ‘niet relevant voor OOL’ is misschien te sterk uitgedrukt. Laat ik het zo zeggen: het is een deelhypothese voor OOL, als ze duidelijk maken op welke aannames hun hypothese berust. Je kunt best een deelhypothese opstellen, maar als de aannames (polymerase, primers, DNA) onrealistisch zijn of onbewezen is het onduidelijk wat de waarde van de hypothese als OOL-hypothese is.

  3. leonardo februari 14, 2015 om 14:11

    Peter,

    Het is avond geweest, zelfs de morgen van de derde dag is al weer voorbij …
    … er is ook al weer een nieuwe post van Marleen …
    … en ik zag dat het niet goed was.
    Jij hebt niet geleverd.

    Terwijl je zelf van alles en nog wat wil beweren zonder daar vragen over te beantwoorden, heb je Marleen, owner van dit blog en zeer gastvrije vrouw, en Gerdien, de specialist die zo nu en dan vanuit haar leerstoel naar ons toekomt en ons even bijpraat, van leuteren beticht.
    En alle anderen daar tussenin.
    Ook mij.
    Ik geloof niet dat dat fit in deze blogomgeving.
    Het is ook tamelijk dom.

    Je doet me denken aan een jonge herder die, vers van de Theologische Hogeschool pas op ons dorp tot predikheer benoemd was. Een nieuwlichtertje. Hij vond dat de gemeente beneden hem de bijbel niet meer zo serieus moest nemen als ze onder vorige herders gedaan had.
    En zo vertelde hij het verhaal van de doortocht in de Rode Zee iets anders. Kijk zei hij, die rechtopstaande watermassa, dat kan natuurlijk niet. Wat daar gebeurd is is dit. Toen de Israëlieten uit Egypte vertrokken was er net een aardbeving in de buurt. En die wierp een hoop troep op in de Jordaan, die daardoor geblokkeerd werd. Dus toen de Israëlieten bij de Rode Zee aankwamen stond die droog. Maar toen de Egyptenaren ze gingen achtervolgen en bij de Rode Zee aankwamen, was die watermassa achter die berg met rotzooi zo sterk geworden dat deze natuurlijke dam bezweek en toen stortte het water zich op de Egyptenaren die verdronken. Bijna overbodig te vertellen dat die aardbeving en de precies op maat gesneden sterkte van die opgeworpen stenenhoop uitvloeisels waren van Gods wijze raadsbesluit.
    [Dat het helemaal niet om de Rode Zee ging, en de Jordaan er ook niet zo verschrikkelijk veel mee te maken had, deed er, exegetisch gesproken, niet zo toe.]

    Inmiddels zijn we zo’n 50 jaar verder. Zo keerden die verhaaltjes terug in gewone taal, maar ze zijn er, evenmin als jouw verhaaltjes ondertussen niet beter op geworden. Gaatjes moeten opgevuld worden met praatjes, niet alleen hier op dit blog, ook in jouw boek, en ook in jouw common design.
    Gaatjes of gaten … dat weet ik niet, en dat wil ik ook niet weten. Laat de specialist het maar uitvergroten en nameten.

    Ik volsta met de conclusie dat je niet geleverd hebt.
    Ofwel: ik moet inderdaad bij jou zelf zijn voor het geleuter.
    Ik zou het alleen geen geleuter noemen.
    Ik zie het meer als gekleuter, alsof een klein kind blèrend uithaalt, omdat het niet de aandacht krijgt waar het om zit te zeuren.
    Want dat is, heel eerlijk gezegd, wat ik dacht toen ik jouw comment van nu zo’n 48 uur geleden, las.

    NB dit is een experiment, zeg maar waar PB om vroeg (al had hij wellicht een andere experiment in gedachten): een niet zo heel erg postgebonden discussie kun je best onder een volgende post voortzetten als dat goed is om de boel actueel te houden.

  4. Marleen februari 14, 2015 om 14:56

    Gert,

    De interpretatie van dit experiment, namelijk dat het zou kunnen verklaren hoe DNA heeft kunnen ontstaan in de poriën van vulkanische rotsen, wordt eigenlijk alleen gegeven aan het eind van de conclusie.
    Er staat:

    An exciting prospect of the presented experiments is the possible addition of mutation processes to achieve a sustained Darwinian evolution of the molecular population inside the thermal gradients of the early Earth. Accordingly, the onset of molecular evolution could have been facilitated by the natural thermal selection of rare, long nucleic acids in this geologically ubiquitous non-equilibrium environment.

    Er wordt voor zover ik kan zien niets gezegd over het mogelijke ontstaan van primers of Taq-polymerases. De claim is ook vrij bescheiden, bescheidener dan ik het uiteindelijk neerzet in mijn blog. Ik haal de hydrothermal vents erbij en de oorsprong van leven. Dat doen de auteurs niet, ze spreken van ‘evolution could have been facilitated’ en zijn dus erg voorzichtig. Het zou natuurlijk kunnen dat enkele van de referenties meer informatie geeft over primers of Taq-achtige polymerase.

  5. nand braam februari 14, 2015 om 17:50

    @ Marleen

    Ik heb geen vrije toegang tot het artikel.

    Een vraag.

    Waarom de temperatuurgradiënt bij het experiment?
    Heeft dit te maken met:” Er wordt in de publicatie gerefereerd aan vulkanisch gesteente op de zeebodem waarin een temperatuurgradiënt zou bestaan.”
    Hoe zag de temperatuurgradient eruit in het experiment? Is dat een realistische benadering wanneer vulcanische gesteente gebruikt wordt als referentie?

  6. gert korthof februari 14, 2015 om 17:59

    nand, als je googled op de titel van het artikel vind je een pdf.

  7. nand braam februari 14, 2015 om 18:10

    @ Gert

    Bedankt voor de tip. Ik heb de pdf gevonden.

  8. Marleen februari 15, 2015 om 09:44

    Nand, zodra je het artikel hebt ingezien, zou je dan willen laten weten of je vragen nog staan? Ik wil ze namelijk best beantwoorden, maar dat is misschien intussen niet meer nodig…

  9. nand braam februari 15, 2015 om 10:11

    @ Marleen

    Ik ga het artikel morgen bestuderen. Als mijn vragen nog staan, hoor je van me.

  10. gert korthof februari 19, 2015 om 09:52

    Marleen, ik ben wel kritisch over deze publicatie, maar je moet gewoon doorgaan met bloggen over OOL hoor! Het blijft altijd interessant! en spannend! Ik blijf graag op de hoogte! en ik zie ook niet alles! Groetjes, Gert

  11. Marleen februari 20, 2015 om 10:17

    Gert, sorry voor het late antwoord, maar ik was verwikkeld in een zeer verhitte discussie op het voorgaande blog.
    Ik ga zeker door met OOL-nieuws. Bedankt voor de aanmoediging.

    Groet,

  12. jeroenj februari 20, 2015 om 10:49

    Ik ben ook dol op OOL en lees er graag over mee.

  13. pluri bara maart 11, 2015 om 14:53

    “Bij deze kunstmatige replicatie blijken de fragmenten van DNA steeds korter te worden naarmate de replicatiecyclussen elkaar opvolgen. ”

    Zoals ik aangaf in mijn boek zal dit altijd gebeuren; het is een natuurwet waarbij er naar de snelste replicator wordt gezocht en dat gaat gepaard met verlies van complexiteit.

    Darwinisten geloven dat het gepaard gaat met een complexitietstoename, maar dat is verder niks dan hun geloof (dat ze overigens iedereen te vuur en te zwaard willen opdringen).

    Verder heeft DNA an sich en de replicatie ervan niks met ontstaan van leven te maken. DNA herbergt een code, bio-informatie, en dat maakt leven mogelijk (want het herbergt ook de code om het te vertaen en begrijpen en een levens organisme te bouwen).

    Darwinisme zal nooit het nivo van de 19e eeuw ontstijgen omdat het voorbij gaat aan informatie. Het is en blijft pseudoscience.

    PB

  14. pluri bara maart 11, 2015 om 14:59

    Ik sta overigens steeds weer te kijken van de enorme ignorantie mbt de biologie, die dit soort berichtgevingen tonen. Hij is een typerend voorbeeld voor Darwinistische ontkenning van wetenschap en natuurwetten, en die naar hartelust wordt gepropgaaerd door volstrekt onwetende journalisten.

    Hebben die OOL onderzoekers überhaupt enig idee wat ze zoeken? In mijn optiek is het van hetzelfde nivo als de alchemie, loos in goud proberen te veranderen, het zoeken naar de steen der wijsheid….ja misschien zouden ze beter die steen kunnen gaan zoeken…dat scheelt een hoop geld en onzinverhalen in de media.

  15. Marleen maart 11, 2015 om 20:23

    PB, dank voor je inzichten.

  16. nand braam maart 16, 2015 om 09:44

    @ Marleen

    Govert Schilling vandaag in de VK over “onderaards water lijkt de norm op andere planeten +hydrothermale bronnen.

    http://www.volkskrant.nl/wetenschap/onderaards-water-lijkt-de-norm-op-andere-planeten-en-manen~a3906088/

  17. Marleen maart 17, 2015 om 08:16

    Een heel interessant artikel Nand, hartelijk dank. Goeie kans ook elders in ons zonnestelsel leven te vinden.

  18. Pingback:De eerste puzzelstukjes in een onderwaterwereld | Op zoek naar de klepel

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: