Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: leven

Een geothermale of hydrothermale oorsprong van leven

Er bestaat een verschil van mening tussen wetenschappers over waar zich de eerste cellen op Aarde hebben gevormd. De vraag is namelijk of ze zich eerst ontwikkelden in geothermale plassen of in zout water. Deze vraag heeft te maken met het feit dat de eerste cellen waarschijnlijk niet in staat waren hun osmose te regelen. In de huidige organismen zijn daar vrij complexe moleculen voor nodig die Natrium en Kalium in en uit de cel pompen en de eerste cellen moeten zo simpel zijn geweest dat ze nog geen beschikking hadden over deze complexe pompen.

De natrium/kalium pomp. De binnekant van de cel is negatief geladen vergeleken met de buitenkant van de cel.

Alle tegenwoordige een- of meercellige organismen beschikken over pompen die zich in het membraan van de cel bevinden. Deze pompen zijn opgebouwd uit verschillende subuniteiten van eiwitten. Ze pompen Kalium (K+) de cel in, en Natrium (Na+) de cel uit. Eiwitkanalen laten vervolgens sommige ionen passief het membraan door waarbij zich het membraanpotentiaal vormt: de binnenkant van de cel is negatief geladen ten opzichte van de buitenkant van het membraan. Het potentiaal bedraagt -60 tot -80 millivolt. Dit potentiaal staat aan de basis van transport door het membraan van andere ionen of moleculen, maar vormt ook de basis voor het actiepotentiaal in neuronen.

Het zoutgehalte (NaCl) van het milieu waarin cellen zich bevinden is gelijk aan dat van zeewater (9 promille). Ons bloed heeft dus een fysiologische waarde van 0.9 %. Maar de hoeveelheid Natrium in de cel ligt veel lager. Het omgekeerde geldt voor Kalium. Dit verschil wordt in stand gehouden door de ionenpompen.
Al de verschillende pompen (want er zijn er meer), dragen bij aan de osmose van de cel. Dat betekent dat de cel mooi rond blijft en niet ‘verschrompelt’ of uitzet en knapt.

geothermale bron

E.V. Koonin beschrijft onlangs in een artikel dat de membranen van de eerste cellen zeker nog geen ionenpompen bezaten en ze waren waarschijnlijk erg doorlatend. Om te kunnen vaststellen waar de eerste cel geboren werd keek hij naar de inhoud aan ionen in de hedendaagse cel. Om meer precies te zijn keek hij naar de eiwitten die bacteriën produceren en welke organische ionen nodig zijn voor hun functioneren. Het blijkt dat de benodigde ionen overeenkomen met welke te vinden zijn in de stagnerende plassen bij geothermische bronnen. Het gaat dan onder andere om kalium, fosfaat, zink en mangaan en een kleine hoeveelheid natrium, wat volgens hem betekent dat de cellen daar ontstaan zijn.

hydrothermale bron

Nu bestaat er al sinds zo’n 20 jaar het idee dat de eerste cellen ontstonden in of bij Hydrothermal vents, black smokers of hydrothermale bronnen. Deze onderwaterbronnen bevinden zich op grote diepte in de oceaan. Er is geen daglicht en de bacteriën die men daar tegenkomt ademen H2S in plaats van O2. Nu heeft men de interessante hypothese ontwikkeld dat de poriën in de schoorstenen van deze bronnen heel goed mini-compartementjes konden vormen voor de opeenhoping van de eerste moleculen die belangrijk zijn voor het leven (zie ook een voorgaande blog) zoals nucleotiden, waaronder ATP en vervolgens de polymeren daarvan als RNA en DNA. De wanden van deze schoorstenen bevatten ook een gradiënt aan protonen waardoor er energie beschikbaar is voor de vorming van macromoleculen. Kortom, deze compartementjes zouden fungeren als cellen. Pas daarna vormde zich het lipiden-membraan zoals alle levende cellen dat bezitten en konden de eerste cellen zich losmaken van de schoorsteen. Deze hypothese is erg belangrijk en wordt door velen omarmd. Het is mogelijk dat de eerste cellen functioneerden met het zoutgehalte van het zeewater. De ionenpompen fungeren nu als generatoren van het membraanpotentiaal, maar hun primaire functie was wellicht die van osmose. Voor de harde wand van de compartimenten is er geen regulering van de osmose nodig en konden deze ‘vaste’ cellen heel goed leven zonder osmose en ionenpompen.

Het zal vast een nieuwe discussie in gang zetten. Deze is eigenlijk al gestart tussen Koonin, voorstander van de geothermale oorsprong, en Nick Lane, voorstander van een begin in hydrothermale bronnen. Nick Lane beweert dat het verschil in concentraties in en rond de cel nu juist kenmerkend zijn van dynamisme, van leven. Een cel die in evenwicht is met zijn omgeving leeft volgens hem niet.

Uit ScienceNews.org, NatureNews. PNAS (Koonin)

 Met dank aan Rob van der Vlugt

Het laatste stukje van de puzzel

primordial soup
Van internet. Primordial soup

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

rna-code
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

cgmp

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.

Metablog van levensbelang

Gisteren stond er al eenvoudigweg een link geplaatst op het VKblog. Toch vind ik dat het onderwerp meer aandacht verdient en haal daarom enkele blogs aan die hierover gaan.

Het gaat om een probleem dat, na Amerika, ook Europa sinds enkele jaren zwaar treft. Nee, het gaat niet om de financiele crisis, maar om de bijensterfte. Albert Einstein beweerde al: „Als de bij uitsterft, dan heeft de mens nog slechts vier jaar te leven. Zonder bijen geen bestuiving. Geen bestuiving, geen dieren. Geen dieren, geen mensen.”

Vindt u het niet nodig om verder te lezen, teken dan direct de petitie voor maatregelen tegen de bijensterfte op: http://www.petities.nl/petitie/stop_de_bijensterfte/

Over de bijensterfte zijn tenminste drie blogs geschreven die op verschillende manieren de bijensterfte aankaarten: een blog van Anne d’ore, van Pas-Ivy en van mijzelf. Om enig idee te krijgen van dit probleem raad ik u aan om deze blogs te lezen.

Citaat en foto uit Anne d’ore’s blog ‘de bijen sterven’: … Een week later is er buiten nochdode bij binnen een bij te bekennen. de zweefvliegen die gelijk met de bijen aankwamen zijn er nog wel, maar het zijn er niet meer zoveel. nee dit ligt niet aan het weer, want bovengenoemde waarnemingen speelden zich in een week tijds af en toen was het alle dagen goed weer. dat ik geen gif gebruik in de tuin is evident en mijn verbazing geldt de grote hoeveelheid bijen die zomaar in een weekje tijd verdween. is hier een imker na de winter een heel volk kwijtgeraakt of waren dit solitaire bijen? inmiddels is het juni met andere bloemen en andere bijen. weer het zelfde verhaal. ik ben geen onbewogen waarnemer. hier raak ik van slag van…

Citaat uit het fabelachtige blog van Pas-Ivy, ‘de laatste imme’: … De laatste pot honing had de oude imker al jaren geleden verkocht voor vele honderden euro’s. Sindsdien hadden de bijen niet meer kunnen brengen dan ze zelf nodig hadden voor hun eerste levensbehoefte. En zelfs dat niet meer. Het ene na het andere volk was gestorven. Niet alleen bij hem. Over de hele wereld had de bijensterfte toegeslagen. Honing was zeldzamer dan het edelste goud. De telers van appels en aardbeien, van paprika’s en tomaten stonden in rijen voor zijn deur om tegen hoge beloning zijn volken te huren. Maar hij had glimlachend zijn hoofd geschud en zijn bijen in zijn eigen tuin gehouden. Nog hadden zij elk jaar kunnen eten van hun rijke oogst terwijl de omliggende moestuinen en boomgaarden vruchteloos de zomer doorstonden. Maar nu was ook voor hem het einde in zicht…

Citaat uit het nieuwsblog van mijzelf, ‘Bijensterfte. De oorzaak?’: … Het blijkt nu dat bijtjeplantenzaden (vooral van maïs) die met pesticiden als neonicotinoids behandeld zijn, planten voortbrengen die zeer schadelijk zijn voor de bijen. dit niet alleen vanwege het feit dat het nectar en stuifmeel van deze planten gebruikt wordt (zoals tot nu toe gedacht werd), maar omdat de bijen de guttatie en dauw van deze planten drinken. ze krijgen daardoor veel hogere doses neonicotinoids binnen dan gedacht werd en sterven binnen 2-10 minuten als ze deze vloeistof drinken, of na 20-40 minuten als ze de vloeistof alleen maar ‘proeven’…

Ga nu naar: http://www.petities.nl/petitie/stop_de_bijensterfte/ om de petitie tegen bijenstefte te tekenen. De petitie is opgesteld door Jaap Molenaar (natuurbeheerder), Peter Slootweg (imker) en Jeroen van der Sluijs (hoogleraar natuurwetenschap en samenleving). Ga naar de site om meer te lezen over de mogelijke maatregelen tegen de bijensterfte.

Wilt u ook zo’n mooie widget voor de petitie tegen bijensterfte (rechts bovenaan, ontworpen door Kokopelli), ga dan naar deze webpagina, kopieer de HTML-tekst en plaats deze in HTML-modus in een nieuw widget. Wel zelf de kop invullen!

Op deze pagina van Wageningen UR, vind je allerlei informatie over de bijensterfte.

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

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

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

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

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Why Evolution Is True

Why Evolution is True is a blog written by Jerry Coyne, centered on evolution and biology but also dealing with diverse topics like politics, culture, and cats.

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

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

Glaswerk

Ongepoetst en uit de hand

%d bloggers liken dit: