Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Categorie Archieven: VK-bloggers

arbitrium

Virussen communiceren met elkaar en met hun nakomelingen door middel van een korte proteïne. De hoeveelheid van dit eiwit bepaalt of de gastheercel lyse ondergaat of dat het virus de cel spaart. Dit eiwit, dat kort geleden ontdekt is, wordt arbitrium genoemd.

bacteriofagen (groen) op een bacteriecel (oranje)

bacteriofagen (groen) op een bacteriecel (oranje)

Wanneer virussen hun gastheer infecteren, gaat dit een veel gevallen gepaard met de kaping door het virus van de replicatie- en translatieprocessen van de gastheercel. Er worden dan opnieuw alle bestanddelen van het virus aangemaakt die zich samenstellen tot nieuwe virussen. Wanneer deze vrijkomen barst de cel open; er vindt lyse plaats en de cel gaat dood. Maar het genetisch materiaal van het virus kan ook deel uit gaan maken van dat van de gastheer. Het plaatst zich in het DNA van de gastheer en blijft slapende. Het virus veroorzaakt dan geen dood van de geïnfecteerde cellen, maar wordt na iedere celdeling doorgegeven aan de dochtercellen. Het virus lift zo mee op het DNA van de gastheercel. Dit is de lysogene cyclus, niet te verwarren dus met de eerder beschreven lyse cyclus.

lytische cyclus en lysogene cyclus

lytische cyclus en lysogene cyclus

Jaren heeft men onderzoek gedaan naar hoe deze keuze gemaakt werd. Men zocht vooral naar intracellulaire signaalwegen en genetische circuits in de gastheercel. Ook de onderzoekers van deze studie zochten naar moleculaire signalen tussen bacteriecellen en ontdekten zo het relatief korte eiwit verantwoordelijk voor de keuze (“arbitrium”) tussen lyse en lysogeen. Zij werkten niet zoals gewoonlijk met het bacteriofaag lambda, het meest bekende bacterievirus, en het bacterie E. Coli, maar met Bacillus subtilis en vier verschillende fagen. Ze infecteerden de bacteriën met de fagen en screenden het medium op zoek naar molecuulsignalen geproduceerd door de bacteriën. In plaats daarvan vonden ze een molecuul dat geproduceerd werd door een van de vier fagen: phi3T. Ze noemden het arbitrium.

Arbitrium wordt vrijgegeven na digestie met enzymen van een proteïne die door de faag gecodeerd is. Het korte eiwit arbitrium verspreidt door het medium en wordt vervolgens door specifieke kanalen in het membraan doorgelaten tot het plasma van een nabijgelegen bacteriecel. Arbitrium inhibeert een faagfactor die op haar beurt een gen activeert dat het lyse-proces stimuleert via een onbekend mechanisme. Het lyse-proces wordt door arbitrium dus verminderd of stilgelegd.

De onderzoekers zagen dat er vergelijkbare arbitrium systemen zijn in wel 100 bestudeerde fagen, waarbij elke faag alleen door zijn eigen geproduceerde arbitrium geregeld werd. De verschillende arbitrium-peptiden verschillen immers in hun samenstelling van aminozuren. Het is dus duidelijk dat een bepaalde faag in eerste instantie zich door lyse snel vermenigvuldigt, maar naarmate de concentratie van arbitrium toeneemt zal de lysogene cyclus de overhand krijgen. Dit overlevingsmechanisme is gebaseerd op het feit dat de faag zich alleen blijvend kan handhaven mits er genoeg gastheercellen overblijven. De lyse doodt de cellen en het tijdig stopzetten daarvan verzekert het virus van overleving omdat zijn gastheer blijft doorleven.

Vooralsnog is dit mechanisme van betekenis in bacteriofagen en bacteriën, maar het is waarschijnlijk dat er ook voor virussen en eukaryoten een dergelijk mechanisme bestaat.

Dit feedbacksysteem waarin elke faag zich vermenigvuldigt door productie van een eigen eiwit waaraan alleen hijzelf en zijn eigen nakomelingen gehoorzamen, geeft aan dat fagen uiterst bepalend zijn voor de biosfeer. Zij hebben hun evolutie onder eigen controle. Daarbij is het interessant te bedenken dat virussen zich samen met de eerste preprokaryoten ontwikkelden, zoals de hypothesen van Patrick Forterre stellen. Kunnen we, nu we weten dat ze communiceren met hun nakomelingen, ook spreken van levende virussen? Zou de kennis over het arbitrium systeem kunnen helpen in de strijd tegen resistente bacteriën?

Ref:

Erez, Zohar; Steinberger-Levy, Ida; Shamir, Maya; Doron, Shany; Stokar-Avihail, Avigail; Peleg, Yoav; Melamed, Sarah; Leavitt, Azita; Savidor, Alon (2017-01-18). “Communication between viruses guides lysis–lysogeny decisions”Nature. advance online publication. doi:10.1038/nature21049ISSN 1476-4687.

Davidson, Alan R. (2017-01-18). “Virology: Phages make a group decision”Nature. advance online publication. doi:10.1038/nature21118ISSN 1476-4687.

Optimalisatie en selectie van ‘the fittest’

In snelgroeiende organismen als bacteriën en gist, kan er een verschil in ‘fitness’ gemeten worden door het vervangen van codons door een corresponderend synoniem codon. Vrijwel alle codons hebben synoniemen. Een codon, dat bestaat uit een triplet van DNA, codeert voor een aminozuur, de bouwsteen van proteïnen.

amino-acid-table-singlet-code

 

Elk aminozuur wordt gecodificeerd door meerder tripletten omdat de code redundant is. Er zijn namelijk 4^3 mogelijke tripletten of codes, aangezien het DNA uit vier verschillende ‘letters’ bestaat. Dit geeft 64 mogelijke codons terwijl er slechts 20 aminozuren zijn. Gemiddeld heeft elk aminozuur dus ongeveer 3 codons waardoor het gecodeerd wordt. In werkelijkheid worden sommige aminozuren door wel zes codons gecodeerd en sommige door slechts twee. Dit betekent dat een aminozuur als Glycine, dat gecodeerd wordt door vier codons (GGA, GGT, GGC en GGG), vier synoniemen heeft. In principe coderen ze alle vier voor Glycine, maar in de praktijk, althans in de bestudeerde micro-organismen, blijkt er vaak een codon gebruikt te worden. Zodra deze codons in het laboratorium vervangen worden door een synoniem, verlaagt dat de fitness van het organisme.

 

Nu opperen de onderzoekers dat het eerder de snelheid is waarmee de eiwitten gevormd worden die bepalend is voor de fitness. Deze snelheid kan dalen door een indirect mechanisme, waarbij de synoniemen de elongatie van het eiwit vertragen, en de ribosomen daardoor langer op de mRNAs blijven zitten. Er zijn daardoor minder vrije ribosomen beschikbaar en de gehele eiwitproductie wordt vertraagd.

Een andere mogelijkheid zou kunnen zijn dat er meer van een bepaald tRNA is dan van zijn synonieme tRNAs waardoor het eiwit sneller en efficiënter aangemaakt wordt. Een voorbeeld is opnieuw Glycine. Stel dat het GGT het optimale synoniem vormt, dan zou het kunnen zijn dat het tRNA dat Glycine aandraagt met het anticodon CCA het meest overvloedig aanwezig is. Zodra dit codon vervangen wordt door een synoniem, bijvoorbeel GGG, dan wordt de efficiëntie van eiwitproductie plotseling beperkt door een schaars tRNA met anticodon CCC en vertraagt de eiwitproductie. De snelheid van eiwitproductie is rechtevenredig met het selectieve nadeel van de populatie met een synoniem melden de auteurs.

salmonella

Salmonella

Het verschil in fitness voor de vervanging van een codon door een synoniem kan 0,01 procent per generatie bedragen in Salmonella meten de onderzoekers. Dit zou aantonen dat het in de natuur gebruikte codon het optimale codon is. De bestudeerde genen waren tufA en tufB, beide betrokken bij de productie van een elongatiefactor.

Dit soort studies laten zien dat in een cel de codons niet willekeurig zijn, dat er een zogenaamde synonymous codon usage bias bestaat. Deze studie kwantificeert daarbij ook het selectiepotentiaal van de optimalisatie van een codon.

Wat ik niet goed begrijp is waarom er voor deze studie het gen voor elongation factor bestudeerd is, een gen dat tenslotte directe consequenties heeft voor de snelheid van eiwit productie. Waarom is er niet gekozen voor een gen dat een eiwit codificeert dat niet direct betrokken is bij de translatie. In dit geval bestaan er namelijk niet alleen de ‘negatieve’ gevolgen van de synonymous codon usage bias, maar ook de verlaging van de productie van een eiwit door effecten op de productie van de elongation factor dat direct van belang is voor de eiwitproductie.

h/t Rob van der Vlugt

Uit:

Brandis G, Hughes D (2016) The Selective Advantage of Synonymous Codon Usage Bias in Salmonella. PLoS Genet 12(3): e1005926. doi:10.1371/journal.pgen.1005926

ScienceDaily

Een nieuw uiterst zelfzuchtig gen

Zoals Dawkins al schreef in ‘The selfish gene’ kunnen genen als zelfzuchtig beschouwd worden. Die genen die het organisme voordeel bieden zullen overleven. Met de woorden van Dawkins: “We zijn overlevingsmachines – robot vehikels, blind geprogrammeerd om de zelfzuchtige moleculen bekend als genen te bewaren.” (min of meer vrij vertaald uit het voorwoord).

Genome-engineering-a-new-field-of-scientific-studyEnkele weken geleden kwam in een discussie over de veertigste verjaring van de bestseller van Dawkins het zelfzuchtige gen weer ter sprake. Er werd door Laurence Moran op zijn blog Sandwalk opgemerkt dat de genen waar Dawkins het over heeft niet echt zelfzuchtig zouden zijn, want alleen het DNA dat zich binnen hetzelfde genoom repliceert zou pas echt zelfzuchtig genoemd kunnen worden.

Mijn gedachten dwaalden toen af naar een zeer speciaal en uiterst geval van selfish genes, namelijk genen die een ‘meiotic drive’ veroorzaken. In dat proces worden genen die normaal eerlijk over de geslachtscellen verdeeld worden ongelijk verdeeld, waarbij het gen dat dit veroorzaakt meer dan in de helft van de gevallen aanwezig is. Dit gen, dat ook wel een ‘segregation distorter’ genoemd wordt, komt zo onevenredig vaak in het nageslacht voor en kan uiteindelijk gefixeerd worden. Dit proces is onafhankelijk van het voordeel of nadeel dat het gen zelf biedt.

Gedurende meiose worden er haploide cellen gevormd. Elke cel ontvangt één van de twee homologe chromosomen. Dit resulteert bij grote aantallen geslachtscellen in een gelijke verdeling van de homologen. De allelen worden dus gelijk verdeeld zoals ook de wet van Mendel voorschrijft. Er zullen 50% allelen A zijn en 50% allelen a wanneer het organisme heterozygoot is. Gedurende meiotic drive is het gen (allel) A zo zelfzuchtig dat het er voor kan zorgen dat deze balans helemaal verschoven is. Wanneer dit allel een nadeel vormt voor het organisme kan het desondanks toch gefixeerd worden.

Zoals Dawkins in 1976 al illustreerde met het gen t in de muis, kan dit laatste allel, dat letaal is in homozygose (wanneer het organisme twee kopieën van dit allel bezit), zich in de populatie ophopen in heterozygose (wanneer er slechts een kopie van aanwezig is) door meiotic drive. Uiteindelijk zullen er steeds meer exemplaren zijn die homozygoot voor het gen t en ze zullen doodgaan. Een lokale populatie kan op deze manier uitsterven.

Een interessante alinea in ‘The selfish gene’ van Dawkins is de volgende:

“In spite of its deleterious side-effects, if a segregation distorter (het gen t uit het voorbeeld) arises by mutation it will surely tend to spread through the population. Natural selection (which, after all, works at the gene level) favours the segregation distorter, even though its effects at the level of the individual organism are likely to be bad.” (p.236 30th anniversary edition)

Hier kan over gediscussieerd worden, want natuurlijke selectie zou dit nadelige gen moeten doen verdwijnen en dat is wat het uiteindelijk ook doet wanneer deze lokale populatie uitsterft.

Er is nu opnieuw een gen gevonden dat verantwoordelijk is voor meiotic drive, een segregation distorter. De homologe chromosomen worden gedurende meiose van elkaar vandaan getrokken op een onevenwichtige manier en het gen R2d2 kan daardoor in grote getale verspreid raken in de populatie. Het gen veroorzaakt wel een kleinere worp en heeft dus duidelijk een nadeel in fitness. Desondanks verspreidt het zich met het gemak van een ‘selective sweep’ door de populatie. Dit resultaat wordt in de online bladen aangekondigd met titels als ‘Research challenges Darwin’ en de wet van Mendel alsof het een nieuw fenomeen betreft. Als we Dawkins moeten geloven is de selective sweep het gevolg van natuurlijke selectie en wordt Darwin dus niet betwist.

Uit:

Richard Dawkins; The selfish gene, 1976

Didion JP, Morgan AP, Clayshulte AM-F, Mcmullan RC, Yadgary L, Petkov PM, et al. (2015) A Multi-Megabase Copy Number Gain Causes Maternal Transmission Ratio Distortion on Mouse Chromosome 2. PLoS Genet 11(2): e1004850.
doi:10.1371/journal.pgen.1004850

John P Didion, et al. R2d2 drives selfish sweeps in the house mouse
Mol Biol Evol first published online February 15, 2016
doi:10.1093/molbev/msw036

ScienceNews

 

h/t Rob van der Vlugt

Astronomische gevolgen

Binnen een paar weken tijd waren er artikelen te lezen over drie verschillende vrouwen die belangrijke doorbraken teweeg hebben gebracht in de wetenschap. Geen van de drie ontving daar de erkenning voor die ze verdienden. Voor alle drie werd er na enige tijd een Nobel prijs geopperd, maar deze kan niet post-mortum toegekend worden. De drie vrouwen zijn Hilde Proescholdt, Henrietta Leavitt en Rosalind Franklin. Omdat hun geschiedenissen toevallig voorbij kwamen de afgelopen weken, is het waarschijnlijk dat er nog veel meer van dergelijke miskenningen zijn.

Hilde Mangold Proescholdt ontdekte het weefsel dat verantwoordelijk is voor embryonale inductie bij de salamander. Nadat zij van de gastrula de dorsale lip transplanteerde naar een tweede gastrula, observeerde ze dat beide dorsale lippen vormgaven aan een Siamese tweeling die via de buik verbonden waren. Een helft van de Siamese tweeling ofwel een van de twee diertjes was gepigmenteerd omdat de dorsale lip van een gepigmenteerde gastrula vandaan kwam.

 

Wanneer een het embryo van een salamander twee controle centra ontvangt, of "organizers", dan zal het uitgroeien tot een Siamese tweeling verenigd via de buik. Edward DeRobertis

Wanneer een het embryo van een salamander twee controle centra ontvangt, of “organizers”, dan zal het uitgroeien tot een Siamese tweeling verenigd via de buik. Edward DeRobertis

 

Zo ontdekte zij “the organizer”. Gedurende extra twee jaar van onderzoek en vele pogingen, slaagde zij erin het experiment nog vier keer te herhalen. De resultaten konden uiteindelijk in 1924 gepubliceerd worden. Net voor publicatie kwam Proescholdt om gedurende een explosie in haar huis als gevolg van een gaslek (sommigen beweren als gevolg van zelfmoord).

Zij deed haar Ph.D bij de embryoloog Hans Spemann. Hij plaatste zichzelf als eerste auteur, ook al was Proescholdt degene die al het werk verricht had. Spemann had haar dit onderzoek toegewezen en wellicht verteld hoe zij het experiment moest uitvoeren. Dus had hij een zeer belangrijke rol. Maar Proescholdt had volgens de huidige ‘regels’ eigenlijk eerste auteur moeten zijn. Spemann ontving later de Nobel prijs voor dit onderzoek. Pas zo’n 60 jaar later herinnerde men zich Proescholdt en haar werk. In 1990 ondekte men de onderliggende chemische signalen, die, na injectie in de gastrula tegenover de dorsale lip, vorm gaven aan een Siamese tweeling in een kikkervisje.

Tijdens een discussie op het blog van Gert Korthof, kwam Rosalind Franklin ter sprake*. Het blogbericht ging over de ontdekking in 1953 van de structuur van het DNA door Watson en Crick die daar vergeleken werd met het werk van Darwin. Rosalind Franklin speelde daarin een zeer belangrijke rol. Zij maakte een X-ray foto van gekristalliseerd DNA en hield daar een lezing over. Uit de foto kon afgeleid worden dat de fosfaten aan de buitenkant van de helix zaten.

 

Photo 51 X-ray diffraction van DNA

Photo 51 X-ray diffraction van DNA. Wikipedia

 

Watson gaf niet veel aandacht aan wat hij daar hoorde en de gegevens werden hem later opnieuw door Wilkins, een medewerker van Franklin, buiten haar weten om gepresenteerd. Deze foto’s bevestigden de door Watson en Crick veronderstelde driedimensionale structuur van het DNA. Zowel de driedimensionale structuur van Watson en Crick als de foto’s van Franklin werden in hetzelfde nummer van Nature in 1953 gepubliceerd. Rosalind Franklin overleed op 37-jarige leeftijd aan eierstokkanker. Haar bijdrage aan de ontdekking van de structuur van het DNA was essentieel, maar alleen Wilkins, Watson en Crick ontvingen de Nobel prijs.

Henrietta Leavitt **werkte voor weinig geld aan het Harvard College observatory. Om de afstand van sterren te bepalen, is het niet genoeg naar hun helderheid te kijken, want het is niet duidelijk of een minder heldere ster gewoon weinig licht geeft of ver weg staat. Zij werkte als “computer” en vergeleek foto’s van de ruimte die binnen korte tijd van hetzelfde stukje heelal genomen waren. Ze gebruikte daarvoor een “blink comparator” die twee

the distance key van Leavitt

the distance key van Leavitt

beelden snel achtereenvolgens met elkaar afwisselden. Zo kon ze ‘knipperende’ sterren onderscheiden. Ze vroeg zich af of er een relatie bestond tussen de helderheid van een ster en de frequentie waarop deze knipperde (eigenlijk de periode waarmee deze knipperde). Omdat het niet mogelijk is de intrinsieke helderheid van een ster te bepalen, concentreerde zij zich op de sterren uit de Kleine Magelhaense Wolk, die ongeveer dezelfde afstand tot de Aarde hebben. Zij kon inderdaad de relatie ontdekken tussen de helderheid van een ster en haar periode. Zo ontdekte zij de “distance key” die Hubble vervolgens in staat stelde te bepalen dat het universum uitdijt wat hem een Nobel prijs opleverde. Ook zij kreeg weinig erkenning voor haar werk en stierf op 53-jarige leeftijd. Haar werk gaf diepte aan het universum.

De ontdekkingen van deze vrouwen waren doorbraken. Ze werkten vaak onder moeilijke omstandigheden in een omgeving die, hoewel intellectueel hoogstaand, toch bevooroordeeld was ten aanzien van vrouwen. Ze hebben dan ook geen officiële erkenning voor hun werk gekregen. Alles wat ze met hun werk bereikten is, behalve het wetenschappelijke resultaat, een posthuum verworven bekendheid. Ook werden de mannen waarmee ze werkten uiteindelijk eigenlijk in hun hemd gezet. Dit is misschien het topje van een ijsberg van vrouwen in de wetenschap die in belangrijke mate bijgedragen hebben aan doorbraken en waarvan men nooit iets vernomen heeft.

 

De Harvard "computers" van astronoom Pickering, ook wel de harem van Pickering genoemd. Wikipedia

De Harvard “computers” van astronoom Pickering, ook wel de harem van Pickering genoemd waar Leavitt ook deel van uitmaakte. Wikipedia

*Van het verhaal rondom Foto 51  is een toneelstuk geschreven door Anna Ziegler dat “Photograph 51” heet. Het werd in september jl. in Engeland opgevoerd met Nicole Kidman als Rosalind Franklin.

**Over de ontdekking van Henriette Leavitt werd onlangs een toneelstuk opgevoerd met de  naam “Silent Sky”

Uit: Every Day Cosmology (Henrietta Leavitt)

DNA from the beginning (Rosalind Franklin)

Nautilus (Hilde Proescholdt)

Met het oog op navigatie

Sommige dieren kunnen zich oriënteren op het gepolariseerd licht van de zon of de maan. Andere gebruiken daarentegen het magnetisch veld van de Aarde. In het volgende filmpje laat Marcus Byrne zien hoe de mestkever zich oriënteert op de zon en, gedurende de nacht, op gepolariseerd maanlicht.

Later werd aangetoond dat de mestkever in nachten zonder maanlicht zich ook kan oriënteren op de Melkweg. Dit is voornamelijk te danken aan zijn formidabele gezichtsvermogen blijkt uit de verschillende experimenten.

Mestkevers oriënteren zich gedurende nachten zonder maanlicht op de Melkweg

Mestkevers oriënteren zich gedurende nachten zonder maanlicht op de Melkweg

Wordt met behulp van spiegels de straling van de zon veranderd, dan vervolgt het beestje zijn weg in tegenovergestelde richting. Wordt door een scherm de polarisatie van maanlicht verstoord, dan verliest de kever elk richtinggevoel en doolt in het rond. Ook met het gebruik van artificiële koepels met oplichtende melkwegstelsels is de richting van voortbeweging te beïnvloeden. Bij het verliezen van grip op de mestbal en zodra de externe lichtbronnen veranderen ‘danst’ de kever even op zijn mestbal om zijn as te bepalen ten opzichte van de nieuwe input, om daarna in een andere richting door te lopen. Dit sterk ontwikkelde oriëntatievermogen heeft te maken met de noodzaak om zich zo snel mogelijk en dus in rechte lijn met een buitgemaakte mestbal te verwijderen van de plek waar andere mestkevers zich verzameld hebben. Ze stelen immers de mestballen van elkaar.

 

Navigatie op het magnetisch veld rond de Aarde is een heel ander hoofdstuk. Vorige maand is er een onderzoek gepubliceerd door Qin et al. van Peking University waarin aangetoond wordt dat fruitvliegjes in de cellen van hun kopje (hersenen + retina?) naaldvormige staafjes bezitten. Deze staafjes zijn gevormd door een eiwitcomplex met ijzer en zwavel. Dit zou de eigenlijke sensor van het magnetisch veld zijn die in samenwerking met het eiwitcomplex Cry (Cryptochromes) de gevoeligheid ten aanzien van de richting van het magnetisch veld bepaalt.

1

Het biokompas model van magnetoreceptie en navigatie bij dieren. a, Cry/MagR magnetosensor complex op nanoschaal met intrinsieke magnetische polariteit dat werkt als licht afhankelijk biokompas. Lineaire polymerisatie van Fe – S clusters bevattende magnetoreceptors (MagR) leidt tot de vorming van staafvormige biokompas (centrum, geel), omgeven door fotogevoelige cryptochromes (Cry, buitenste laag, blauw). b, Dwarsdoorsnede van a, die aangeeft dat electron transport van de FAD groep in Cry naar het Fe – S cluster in MagR als gevolg van licht stimulatie mogelijk is. c, Het biokompas model van magnetoreceptie. In navigatiesystemen bij dieren, het Cry/MagR magnetosensor complex kan een biologisch kompas vormen dat informatie ontvangt van het magnetisch veld van de Aarde, zoals polariteit (gelijk een conventioneel kompas), intensiteit en inclinatie. De weergave van het oppervlak van de Cry/MagR structuur (blauw en geel) werd in dit onderzoek met EM (elektronenmicroscoop) bevestigd. Het intrinsieke magnetisch moment van de magnetosensor zou een polariteitskompas kunnen vormen voor het ‘waarnemen’ van de richting van het magnetisch veld van de Aarde. De capaciteit om de intensiteit en het spontane bijstellen van de magnetosensor in magnetische velden waar te nemen (zoals links weergegeven), kan de basis vormen voor een intensiteitssensor en inclinatiekompas. De magnetische polen van de Aarde (zwarte pijlen) compenseren de rotatie as (zwarte lijn). De inclinatiehoek (aangegeven met ‘l’) en de intensiteit van het veld zijn weergegeven naar de richting en lengte van de pijlen (rood in het Noordelijk halfrond en blauw in het Zuidelijk halfrond). De magnetosensors MagR en Cry/MagR van twee soorten, de monarch vlinder (Danaus plexxipus, boven rechts) en een duif (Columbia livia, onder rechts), werden in dit onderzoek getest wat het model van een evolutionair geconserveerd biokompass onderstreept. Uit Qin, S. et al. 2015

Dat Cry een belangrijke rol moest spelen was al bekend aangezien fruitvliegjes zonder dit eiwit hun gevoeligheid voor het magnetisch veld verliezen. Maar welke structuur nu precies de sensor vormde wist men tot nu toe niet. Deze nieuwe structuur is MagR genaamd. De volgende figuur laat de structuur van het biokompas (Cry + MagR) zien.

nature-nmat4484-graphic

 

Veel wetenschappers zijn sceptisch ook omdat vergelijkbare moleculen in veel andere dieren voorkomen waaronder ook de mens. De onderzoekers zouden ook niet in vivo aangetoond hebben dat de structuur daadwerkelijk als sensor dient. Een kritiek betrof het feit dat er niet verder gezocht is naar hoe de signalen doorgegeven en uitgewerkt worden in het brein. Dat is een eigenaardige claim want de vondst van deze sensor is, als deze ook door anderen correct bevonden wordt, een belangrijke vondst, waar velen zo snel mogelijk van willen weten. Bovendien dreigde een collega-wetenschapper al met de gegevens ervandoor te gaan. De man is ontslagen.

Interessant aan de uitgebreide studie is dat er in silico gezocht werd in het genoom naar sequenties die een eiwit zouden opleveren met de juiste eigenschappen. Een interessante werkwijze.

Het biokompas eiwitcomplex bevindt zich bij de duif in de retina. Misschien ‘zien’ de vogels het magnetische veld wel in plaats van het ‘waar te nemen’ of te ‘voelen’ (to sense).

 

Uit:

Nieuws over de eerste bloemplanten

Omdat ik al enige tijd erg veel werk heb gehad in de tuin (en met vakantie geweest ben), is een blogbericht dat met evolutie van de eerste bloemen te maken heeft wel passend.

Een week geleden werd er een wetenschappelijke studie (in Proceedings of the National Academy of Science ofwel PNAS) gepubliceerd waarin er in een oude verzameling van fossielen een plant gevonden is die de oudste *bedektzadige (of bloemplant) zou kunnen zijn. Er was in het verleden veel verwarring over de classificatie en datering van deze fossielen, die meer dan 100 jaar geleden gevonden waren in Spanje. Maar na een gedetailleerde studie blijkt de plant zaden te dragen, het kenmerk van bloemplanten. Het gaat om de plant Montsechia vidalii die lijkt op zijn afstammeling het Hoornblad (Ceratophyllum) dat ook wel in aquaria als plantje wordt gehouden. Het Montsechia plantje leefde reeds 125 tot 130 miljoen jaar geleden in de zoetwatermeren van bergstreken in Spanje ten tijde van de dinosauriërs.

Een groot specimen van Montsechia Image credit: David Dilcher

Een groot specimen van Montsechia Image credit: David Dilcher

Net als het hedendaagse Ceratophyllum (hoornblad) produceert ook zijn voorvader Montsechia geen bloembladen of nectarhoudende delen, want de plant leeft zijn hele cyclus onder water. Montsechia, dat zowel lange als kortbladerige vormen kent, draagt een enkel zaad, dat ondersteboven gedragen wordt en per paar aan het uiteinde van een tak groeit.

Montsechia, dat zowel lange als kortbladerige vormen kent, draagt een enkel zaad, dat ondersteboven gedragen wordt. Image credit: Oscar Sanisidro

Montsechia, dat zowel lange als kortbladerige vormen kent, draagt een enkel zaad, dat paarsgewijs aan de uiteinden van de takken verschijnt en  ondersteboven gedragen wordt.
Image credit: Oscar Sanisidro

Montsechia heeft net als het nog steeds levende Ceratophyllum geen wortels. Er zit een gaatje in de stamperwand dat stuifmeel toelaat onder water binnen te komen in plaats van een functionele stempel, typisch horend bij bestuiving in het merendeel van de bedektzadigen. Waterplanten, die in het merendeel van de gevallen afstammen van landplanten, modificeren hun vegetatieve vorm om in deze omgeving te gedijen. De reproductieorganen van waterplanten zijn vaak meer conservatief en laten vaak overblijfselen zien van de morfologie van de op het land levende voorouders. Ceratophyllum is daarentegen heel anders van vorm en staat op moleculair niveau ook erg ver van bestaande bedektzadigen af. De auteurs proponeren daarom dat Montsechia en Ceratophyllum inderdaad belangrijker zijn als basis voor de evolutie van de bedektzadigen, dan tot nu toe gedacht werd. Ze suggereren dat de conditie als waterplant wellicht niet resulteert van voorouderlijke bedektzadigen, maar dat de eigenschap zaad te kunnen ontwikkelen zich bij deze planten oorspronkelijk voordeed in het water.

Modern hoornblad

Modern hoornblad

Ik werd er op gewezen dat andere studies aantonen dat bepaalde vormen van stuifmeel, die typisch zouden zijn voor bedektzadigen, reeds 250 miljoen jaar geleden bestonden. Dat maakt nogal een groot verschil met 150 miljoen jaar geleden. De theorie die heden de meeste steun heeft is dat Amborella aan de basis staat van de evolutie van de bedektzadigen of Angiospermae. Maar dat is eventueel iets voor een volgend bericht.

*De bedektzadigen (Angiospermae), zijn de grootste groep landplanten en vormen wat wij doorgaans bloemplanten noemen. Zij reproduceren zich door middel van bloemen en zaden. De andere groep zijn de naaktzadigen (Gymnospermae), die nooit echte vruchten produceren, zoals de coniferen.

Bernard Gomez, Véronique Daviero-Gomez, Clément Coiffard, Carles Martín-Closas, and David L. Dilcher
Montsechia, an ancient aquatic angiosperm
PNAS 2015 : 1509241112v1-201509241.

De eerste puzzelstukjes in een onderwaterwereld

De wereld onder water vormt een klein universum op zich, even onbereikbaar als het grote Universum om ons heen. Maar, waar Leonardo  in voorgaand bericht spreekt van the unobservability of the observable universe, een begrip dat we op deze plaats al zijn tegen gekomen bij de discussie over het laatste boek van Andreas Wagner, zou je, zoals David Gallo laat zien, kunnen spreken van the observability of the unobservable depths. Daar zouden zomaar puzzelstukjes op hun plaats kunnen gaan vallen. Onderzoekers hebben hierop recent wezenlijke vooruitgang geboekt.

De oceaanruggen zijn rijk aan hydrothermale bronnen. In een TED-talk uit 1998, vertoont David Gallo een film waarin deze hydrothermale bronnen te zien zijn (zie onderaan dit bericht). Deze kunnen verdeeld worden in twee soorten: de black smokers en de alkaline bronnen. Het water dat uit de black smokers omhoog komt is zeer heet tot wel 400°C en heeft een hoge zuurtegraad (pH rond 4.5). De alkaline bronnen daarentegen zijn veel koeler van 40 – 90°C en het water dat er uit omhoog borrelt is, zoals de naam al aangeeft basisch (rond pH 10).

David Gallo vertelt in zijn talk dat er het vermoeden bestaat dat het eerste leven hier ontstaan is. Nu zijn er steeds meer onderzoekers bezig deze hypothese te onderzoeken. Een bekend wetenschapper die zich daarmee bezighoudt is Nick Lane. Hij gebruikt in zijn lab reactors waarin de condities van deze bronnen gesimuleerd worden. Ik schreef vele berichten over zijn werk en publicaties ((1); zoek verder op dit blog op de naam ‘Nick Lane’)

De beste kandidaten voor het ontstaan van leven zijn de alkaline bronnen. Zij hebben een lagere temperatuur die de stabiliteit van de eerste organische moleculen zou bevorderen in tegenstelling tot de black smokers. Ze werden later dan de black smokers ontdekt, en bevinden zich op de oceaanbodem in Lost City langs de Mid-Atlantische rug, op enorme diepte waar geen zonlicht komt. Daar krioelt het van leven. Zie daarvoor ook de mooie film van David Gallo onderaan dit bericht.

Nick Lane heeft belangrijke hypothesen gelanceerd die allemaal erg plausibel zijn. De ‘schoorsteen’ van deze bronnen is gevormd door poreus materiaal waarin zich poriën van enkele micrometers tot millimeters bevinden. Daar kunnen zich korte moleculenstrengen zoals peptiden en RNA-strengen ophopen, waarbij door de dynamiek van de doorstromende water, de langste ketens neerslaan en de kortere de porie verlaten (zie ook een recent blogbericht over dit fenomeen). Het grootste probleem blijft de verklaring voor hoe de eerste organische moleculen gevormd kunnen zijn.

Ook hier heeft Nick Lane mogelijke verklaringen voor. In dit licht is het nieuws van gisteren, dat onderzoekers er met experimenten en computersimulaties in geslaagd zijn aan te tonen, dat de belangrijkste organische moleculen zoals mierenzuur en methanol gevormd kunnen worden dankzij een minerale katalysator, zeer interessant. Deze katalysator vertoont grote overeenkomsten met het enzym dehydrogenase (zie figuur).

Fe-S

A. Het centrale ferrodoxine in het enzym CO hydrogenase B. Het oppervlak van greigite Fe3S4 met de vierkante structuur uitgelicht. Uit Roldan et al.

Dit mineraal, greigite (Fe3S4) genaamd, bevindt zich in de wanden van de alkaline bronnen. Het is in staat de reductie van CO2 naar verschillende oplosbare organische moleculen te katalyseren. Het mineraal doet dit door deze verschillende tussenvormen te stabiliseren. De moleculen die gevormd worden zijn mierenzuur (formic acid; CH2O2), azijnzuur (CH3OOH),  methanol (CH3OH), pyrodruivenzuur (pyruvic acid; C3H4O3). De auteurs van het artikel laten precies zien wat de voorwaarden zijn voor het vormen van deze moleculen; onder verschillende pH-waarden geven ze tot op de honderdste elektronvolt nauwkeurig weer wat de energetische barrières zijn voor iedere reactie. Ze komen tot de conclusie dat deze reacties globaal energie afstaan, ze zijn thermodynamisch en kinetisch voordelig, en ze verhogen entropie. Er bestaan slechts initiële barrières of drempels die door de binding met de katalysator genomen kunnen worden. Zo zouden ze met behulp van de katalysator spontaan kunnen plaatsvinden mits aan de condities van pH wordt voldaan. De hoogste opbrengst van deze moleculen vond plaats bij pH 6,5. Met een pH van 5,5 in de primordiale omringende wateren vormt de alkaline bron een goeie kandidaat.

A. De vorming van mierenzuur in functie van tijd bij verschillende pH-waarden. B. Weergave van de reactanten (zie insets) op twee verschillende oppervlakten in functie van pH, binding energie (EB). C. potentieel energie-oppervlak voor het mechanisme van HCO3 reductie naar HCOOH op Fe3S4. Geadsorbeerde tussensoorten zijn gemerkt met * en hun voorgestelde structuur wordt getoond in de inset.

A. De vorming van mierenzuur in functie van tijd bij verschillende pH-waarden. B. Weergave van de reactanten (zie insets) op twee verschillende oppervlakten in functie van pH, binding energie (EB). C. potentieel energie-oppervlak voor het mechanisme van HCO3 reductie naar HCOOH op Fe3S4. Geadsorbeerde tussensoorten zijn gemerkt met * en hun voorgestelde structuur wordt getoond in de inset.

Deze studie laat zien dat het in de natuur mogelijk is, in afwezigheid van leven, deze eenvoudige organische moleculen aan te maken. Dit vormt een eerste stap naar iets grotere moleculen als ribose, aminozuren, en nucleotiden, de ingrediënten voor RNA en peptiden. In de bronnen van vandaag zijn deze moleculen niet te vinden, ze worden weggegraasd door bacteriën, die de hydrothermal vents nu bedekken.

Het volgende filmpje van David Gallo laat onder andere zien hoe alkaline bronnen eruit zien en wat voor dieren er leven.

Uit: ScienceDaily

Roldan, N. Hollingsworth, A. Roffey, H.-U. Islam, J. B. M. Goodall, C. R. A. Catlow, J. A. Darr, W. Bras, G. Sankar, K. B. Holt, G. Hogarth, N. H. de Leeuw. Bio-inspired CO2 conversion by iron sulfide catalysts under sustainable conditionsChem. Commun., 2015; 51 (35): 7501 DOI: 10.1039/C5CC02078F (FREE ACCESS)

h/t Harry Pinxteren

geen mutaties, geen evolutie

Een gastbijdrage van Leonardo da Gioiella

Se non ci fossero mai mutazioni, non potrebbe esserci evoluzione né selezione naturale. Ogni organismo sarebbe una copia perfetta dei genitori e le specie sarebbero fisse.

intro_evolution_groot_finMet deze onzinzin begint een stukje tekst in L’EVOLUZIONE A FUMETTI, een introductie in de evolutie, een vertaling van Introducing Evolution van Dylan Evans (met illustraties van Howard Selina).
De onzinzin die daar staat luidt in gewoon NL:

Als er geen mutaties zouden optreden [bij de voortplanting] dan kon er geen evolutie bestaan noch natuurlijke selectie. Ieder organisme zou een perfecte kopie zijn van de ouders en de soorten zouden vast liggen.

Uiteraard is het eerste deel waar, maar wel een open deur. Vooral de context, en de toegevoegde illustratie maken het tot onzin.

De context spreekt van “ieder organisme”.
De illustratie toont 2 rijtjes van 3 mannen, als langs een spoorbaan getekend. Let wel: 2 verschillende mannen, de een blond, de ander donker, met elk twee klonen.

Als er geen mutaties zouden optreden ….
Wel, dan waren we vermoedelijk in de simpelste, meest primitieve eukaryoten blijven steken.
Misschien waren er dan wel helemaal geen eukaryoten gekomen.
Je zou je zelfs af mogen vragen: zouden er dan wel prokaryoten zijn gekomen.

Ik zou nu op kunnen houden, maar ik heb me vooral in die context verdiept.
Iemand zou kunnen zeggen: het kan toch zijn dat het optreden van mutaties op enig moment is opgehouden?
Wel, iemand heeft dat gezegd … of moet dat op zijn minst hebben gedacht. De iemand heeft het in deze context geplaatst: de schrijver van deze tekst.
Hij moet zich gerealiseerd hebben: geen evolutie, dan ook geen soorten.

Toch is hij verder gegaan.
Hij zegt: de soorten zouden vastliggen.
En hij illustreert de stelling met mensen die gelijk zijn.
Terzijde: één van die illustraties is verlevendigd met een moederaap en haar jong.

Er is dus het plantenrijk en het dierenrijk. En het zoogdier mens is in volle hevigheid present.

Waar komt dat allemaal vandaan.
Waar komen al die organismes, bouwstenen van de vastliggende soorten, vandaan?
De leerboeken over evolutie kunnen zo in de prullenbak worden gegooid. Er is immers geen DNA dat muteert.
En als het DNA niet muteert – ook geen natuurlijke selectie (ik ben het helemaal eens met de schrijver) én geen seksuele selectie én geen selectie door fokken of telen.

Er staan geen moeders op de illustratie, maar die kerels moeten ergens vandaan komen. Gelukkig is er nog de noodzaak om aan voortplanting te doen. Maar het plezier dat we daar nu aan beleven, zou dat er nog zijn?

’t Heeft natuurlijk zo zijn voordelen.
Geen doorfokken meer.
Geen doofstommen en geen blinden meer, dus je hebt ook geen doofstommeninstituut of blindeninstituut nodig. Nog wel blindenopvang, want er zullen vast nog wel misdadigers zijn, die vanwege de ernst van het misdrijf de ogen worden uitgestoken.

En, hoe gaan we ontdekken waar het allemaal vandaan komt.
Hier wordt een punt wat ik eerder in een discussie heb gemaakt overduidelijk gedemonstreerd: aan de output kun je nog niet het proces herkennen.
Er is geen muterend DNA, dus wie heeft die soorten op de wereld gezet? Zou de big bang verzonnen zijn als er geen evolutietheorie was geweest? En, zo ja, zou iemand dan geopperd hebben dat de soorten tijdens de oerknal, of vlak daarna, gevormd zijn, zoals de elementen, en dat ze uiteindelijk, na een lange reis door de ruimte, wachtend op een zich nog te vormen planeet, die ook nog een maan moest acquiren om te zorgen dat het water opkwam en afging, om daar dan neer te dalen?
Ik vrees dat de boekenkasten geleegd zouden zijn van boeken over evolutie.

Herman Bavinck,  theoloog, had nooit iets hoeven zeggen over ongeloof en evolutie.
En, daar gaat de schoen echt wringen, de boekenkasten zouden weer gevuld zijn met boeken over de grootsheid van de schepping. Want wie kan dat verhaal nog omver blazen als er geen Darwin had kunnen komen?

Se non ci fossero mai mutazioni, ...
Is het denkbaar dat een wezen een kopie van zichzelf zou maken met als enige “weeffout” dat de kopie geen weeffouten meer kan maken. Er wordt vanaf dat moment geen DNA meer gemuteerd bij de voortplanting. Hoe zou dat uitpakken?
Dus de schrijver krijgt gelijk: er zijn wel soorten, maar er wordt niks meer gemuteerd.

Nou ja, als dat een armoedzaaier zou overkomen, een tramp, zou er niks aan de hand zijn. Die zou seksueel wel uitgeselecteerd worden.

Maar wat te denken van Bach. Stel, die was een getrouwe kopie van zijn vader, geen mogelijkheid om nog mutaties te genereren. Dat hij een ander musicus is geworden dan zijn vader komt door de opleiding van zijn broer. Maar bij de nakomelingen gaat het hard. Wilhelm Friedemann en Carl Philipp Emanuel zijn echt klonen, ook in hun muziekproductie. Door vader gemaakt en gekneed. En moeder Maria Barbara, gewoon een nicht, doet dapper mee. Die paar mutaties die ze nog doorgaf tellen niet meer mee. Bach zelf, en zijn zonen en dochters merken al gauw dat de klonen prima functioneren, dus dat inteelt geen kwaad kan en … dat incest dus niet van de boze kan zijn! En omdat Bach goed verdient – in een tijd vol armoedzaaiers en tramps geen onbelangrijk gegeven! – besluiten ze hun toekomst veilig te stellen, en al snel zijn er een hoop JSB-tjes op de wereld gezet, precies zoals de illustratie uit mijn boekje suggereert.

Je moet toch niet aan de gevolgen denken.
Mozart zou zijn kop nog wel boven het maaiveld uitgestoken hebben. Haydn wellicht ook. Maar al snel wordt het muziekleven geheel gedomineerd door de JSB-tjes. Alleen nog maar toccata’s, passionen, Erbarme dich’s, Oratoria. Carl Philipp Emanuel zou geen bijdrage aan de Sturm und Drang geleverd hebben, en dat scheelt een behoorlijke slok op een borrel. De sonates van Schubert hadden we kunnen vergeten, zulke muzikale monumenten als de symfonieën van Bruckner of Mahler – geen kans. Het atonale systeem, of de toonklok van onze eigenste Schat … vergeet het maar.
Alles zou Bach geweest zijn wat de klok sloeg.
En alleen nog maar Soli Deo Gloria.

Ik moet er niet aan denken. Zelfs maar de suggestie dat er nog mogelijkheid tot verlichting in onze genen zou kunnen zitten zou verdwenen zijn.
En, let wel: ook geen Beatles hé. Alles was weggedrukt geworden.
Hoe lang, hoeveel aeonen zou het geduurd hebben voordat ene Rudolf Wijbrand Kesselaar opgestaan zou zijn als Rudi Carrell, en gezongen zou hebben … / dat ik de wijsjes en de sijsjes van de merels ken / ….

Dat zinnetje non […] evoluzione né selezione naturale doet me ook iets anders beseffen.
Eigenlijk zou ik nu kunnen zeggen: mutabiliteit is de drijvende kracht van de evolutie.
Maar … kan ik dat hier wel zeggen?
Dat riekt naar mutationisme.
En Marleen heeft zelf in een comment gezegd: Ik zie niets in het mutationisme als idee, …
Als gastschrijver mag ik natuurlijk schrijven wat ik wil, maar een beetje respect voor de gastvrouw mag natuurlijk wel.
Aan de andere kant, Masatosha Nei heeft het zelf gezegd met zijn theorie van mutation driven evolution: mutation is the driving force.
En daar is wel veel kritiek op gekomen, maar daar staan mensen als Wagner tegenover, die op dit blog toch heeft mogen gloriëren, … while not necessarily agreeing with Nei’s position, treat it as an alternative view relevant to reforming or improving evolutionary thinking … (wiki).

Dus ik zeg het toch maar.
Mutabiliteit is de drijvende kracht van de evolutie. Natuurlijke selectie en seksuele selectie, zijn een soort van hulpprocesjes geworden.

Al moet ik wel vrezen dat Marleen misprijzend – het zal wel zeer misprijzend zijn – haar wijze hoofd zal schudden.
Over zoveel domheid.
Van leonardo.

Terugkeer van junk DNA

junk-dna-header-600x200

Carl Zimmer heeft met zijn artikel in de New York Times over junk DNA weer veel stof op doen waaien. Er ontstaan daarom opnieuw interessante discussies over of het zogenaamde junk DNA, dat niet codeert voor eiwitten, toch een functie zou kunnen hebben. Deze discussies laaien zo af en toe op, en waren erg fel ten tijde van de publicatie van ENCODE (waarover ik eerder blogde 1, 2, 3, 4, 5).

Er werd, voordat het ENCODE project nu bijna 3 jaar geleden haar resultaten publiceerde, vanuit gegaan dat het genoom voor 2 procent functioneel is. 98 procent zou gevormd worden door junk DNA. Nu toonde het ENCODE project aan dat met de bestudering van affiniteit van transcriptiefactoren voor het DNA, wel zo’n 80 procent van het genoom functioneel zou zijn. Er laaide enorm veel verontwaardiging op – niet alleen omdat alle schoolboeken veranderd zouden moeten worden, maar ook omdat de methodes die gebruikt werden om dit resultaat te verkrijgen niet adequaat waren, zowel de methode zelf als de interpretatie ervan (zie ook een voorgaand blog). Het ging in veel gevallen om aspecifieke binding van transcriptiefactoren, kortom het ging volgens Mike White om ruis. Omdat ik zelf van mening ben dat in de intracellulaire biochemie en biologie een overdreven idee gegeven wordt van perfecte afstemming op elkaar van de verschillende macromoleculen en de verschillende chemische processen kon ik me goed vinden in het idee van ruis. ENCODE was een enorme mediahype. Het project werd uitgevoerd in een groot samenwerkingsverband met enorm veel wetenschappers en moet handen vol geld gekost hebben.

onionEen ander argument, behalve dat van ruis in het ENCODE-experiment, is de onion test van T. Ryan Gregory, die stelt dat het genoom van een simpele ui zo enorm groot is tegenover het genoom van een mens dat het wel heel veel junk moet bevatten.

Het idee dat het hele genoom vol zou zitten met ‘knoppen’ die de expressie van de genen regelt, en dat het dus in zijn geheel functioneel is, is een argument dat door creationisten gebruikt wordt en dat zou moeten bevestigen dat de schepping perfect is, waarin alles een functie heeft. Het is eigenaardig dat het hoofd van het N.I.H, Francis Collins, beweert dat het junk DNA zeer waarschijnlijk veel functies heeft, die we nog moeten ontdekken. Hij wil af van de term ‘junk DNA’.

Een interessant gegeven is wel dat er sinds kort RNA’s in cellen gevonden zijn die een belangrijke rol lijken te spelen in het onderdrukken van de expressie van bepaalde genen. Maar T. Ryan Gregory blijft sceptisch. Behalve deze specifieke RNA-moleculen, verwacht hij dat er veel andere RNA’s gevonden zullen worden die niets anders zijn dan aspecifieke transcriptie van het junk DNA. Het zou dus ook in deze gevallen gaan om ruis.

Uit: Carl Zimmer, Is most of our DNA garbage?, New York Times

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)

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 liken dit: