Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: oersoep

Het eerste leven ontstond in hydrothermale bronnen

Het ziet er naar uit dat de al 80-jaar oude theorie van het ontstaan van leven uit de prebiotische oersoep op de schop gaat. Een nieuwe studie lanceert de hypothese dat het eerste leven waarschijnlijk ontstaan is in de onderzeese hydrothermale bronnen. Hier bevinden zich reeds geochemische gradienten, die het transport van protonen bewerkstelligen, de eerste bron van energie voor leven. Alle huidige organismen halen hun energie uit intracellulaire chemiosmose.

De oude theorie van de oersoep baseert zich o.a. op het beroemde experiment van Miller-Urey, dat ervan uitging dat deze oersoep, met methaan en ammonia, in contact stond met de atmosfeer en waarin de bron van energie gevormd werd door electrische ontladingen, die de bliksem nabootsten. De glazen bol waarin dit experiment zich voltrok, bracht (uiteindelijk) bijna al de ons bekende aminozuren voort. Aminozuren vormen de bestanddelen van eiwitten, de bouwstenen van iedere cel en organisme.

De nieuwe studie lanceert een geheel andere hypothese, die al enigszins in de lucht hing

hydrothermal vents
Van internet: Hydrothermale diepzeebronnen

(zie ook onderstaand filmpje). Ze stellen allereerst voor dat het leven uit gassen ontstond (H2, CO2, N2, H2S) en dat de energie voor het eerste leven verzameld werd uit geochemische gradienten die zich bevinden in kleine onderling verbonden poriën van speciale hydrothermale bronnen. Een dergelijk soort honingraat van microscopische gaatjes kan gezien worden als een geheel aan katalytische kleine cellen, waar zich vervolgens lipiden, proteinen en nucleotiden gevormd kunnen hebben.

Deze nieuwe ideeën baseren zich op die van Michael J. Russell over alkaline diepzeebronnen die chemische gradienten produceren. Deze komen sterk overeen met de protonengradienten in de membranen van levende organismen. De eerste organismen maakten waarschijnlijk gebruik van deze protonengradienten om het universele energiemolecuul ATP (of een eenvoudiger alternatief) aan te maken. Mettertijd evolueerden de organismen naar een eigen intern protonengradient. De onderzoekers stellen dat de eerste electronendonor H2 en de eerste acceptor CO2 was. (Er bestond nog geen O2 in de atmosfeer en het water.) Ze veronderstellen dus dat het eerste leven aanvankelijk energie haalde uit de geochemische gradienten, waarna ze deze inbouwden en eigenmaakten om onafhankelijk te worden van de diepzeebronnen.

Een dergelijke hypothese, ook al is die minder biochemisch van aard, werd gesuggereerd in dit filmpje (met dank aan ing. St Hawk) over een lezing van David Gallo met prachtige bewegende beelden van hydrothermale bronnen en de omringende fauna. Hier leven bacteriën die resistent zijn tegen hoge temperaturen (180°C) en H2S ‘ademen’. De wetenschappers uit het filmpje beweren dat deze levensvormen wel eens de oudste organismen op Aarde kunnen zijn.


Bron: ScienceDaily
Update 13-02-2010: artikel in NewScientist

De spontane vorming van nucleotiden

Binnen de wetenschappelijke discussie over het ontstaan van het leven op Aarde is een doorbraak gerealiseerd die donderdag 14 mei 2009 gepubliceerd werd in Nature (zoek op de website naar ‘Sutherland’ en ‘pyrimidine’). In dit artikel wordt voor het eerst aangetoond dat nucleotiden, de bouwstenen van DNA en RNA, spontaan kunnen onstaan in een chemische reactie die theoretisch plaats heeft kunnen vinden in de prebiotische oersoep. Tot dusver kon men nooit verklaren hoe de verschillende onderdelen van een nucleotide konden reageren om dit nucleotide te vormen.

Om het ontstaan van het leven op Aarde te verklaren stelden Urey en Miller in 1953 een oersoep samen waarmee ze aantoonden dat aminozuren, de bouwstenen van eiwitten ofwel proteinen, spontaan kunnen vormen onder de juiste omstandigheden. Lees hierover ook het interessante blog van Qabouter.

Eiwitten zijn essentieel voor alle vormen van leven en zijn zeker van essentieel belang gedurende de eerste fasen van het ontstaan van het leven, maar ze kunnen, in tegenstelling tot DNA en RNA, geen (genetische) informatie vasthouden. Voor het verklaren van het ontstaan van het leven zijn moleculen nodig die deze informatie wel kunnen vasthouden en als gevolg van replicatie deze informatie ook kunnen doorgeven aan volgende generaties moleculen of cellen. DNA is zo een molecuul, maar RNA is voorlopig de beste kandidaat omdat deze polymeer zowel genetische informatie kan vasthouden, met knip- en plakwerk zichzelf kan modificeren èn aminozuren aaneen kan koppelen tot eiwitten. In dit laatste geval noemt men het RNA ook wel ribozyme. Lees ook het voorgaande blog Het ribosoom: van een RNA- naar een eiwitwereld.

De wetenschap veronderstelt dat het leven ooit ontstaan is uit het RNA. Dit wordt de ‘RNA-wereld hypothese’ genoemd. Deze hypothese wordt breed ondersteund (zie ook voorgaand blog De oorsprong van het leven: lezing), maar tot nu toe was het niet mogelijk aan te tonen hoe dit RNA spontaan kon ontstaan.

rna
 RNA

RNA bestaat, net als DNA, uit een aaneenschakeling van vele nucleotiden waarvan er vier verschillende zijn die door hun volgorde de genetische code bepalen. Elke nucleotide is opgebouwd uit een base (purine of pyrimidine), een ribose (suiker) en een fosfaatgroep. Het was tot nu toe niet mogelijk een chemische reactie te creëren waarin het suiker en de base aan elkaar gekoppeld konden worden. Er zou een explosie kunnen ontstaan. Bovendien was het ook niet duidelijk hoe deze onderdelen konden ontstaan in een oersoep. De onderzoekers gebruikten in dit nieuwe onderzoek als uitgangspunt een molecuul (arabinose amino-oxazoline) waaruit zowel het suiker als de base konden ontstaan en daarbij meteen aan elkaar gekoppeld waren. Het fosfaat, dat pas in tweede instantie onderdeel wordt van de nucleotide, werd vanaf het begin aan de chemische oplossing toegevoegd en bleek een belangrijke rol te hebben voor de regeling van het pH en in de catalyse van de verschillende reacties.

De basisingredienten voor de chemische reactie waren cyaanamide, cyanoacetylene (komt voor in interstellaire moleculenwolken en was een van de stoffen die gevormd werden in de oersoep van Urey and Miller), glyceraldehyde en anorganisch fosfaat. De ribonucleotiden vormden zich na indamping en bestraling met UV-licht; condities die uitstekend passen bij de toestand van de prebiotische aarde.

Tot nu toe is het gelukt alleen de ribonucleotiden van pyrimidines te creëren (Cytosine, Thymine en Uracil). De onderzoekers zullen nu proberen ook de ribonucleotiden van purines (Adenine en Guanine) te verkrijgen.

De ontdekking is heel belangrijk en er is veel over gepubliceerd in de kranten en vakbladen. Hier volgen wat links naar de verschillende artikelen.

Nature (zoek op de website naar ‘Sutherland’ en ‘pyrimidine’)
Kennislink (zoek op de website naar ‘RNA kan spontaan ontstaan’)
Noorderlicht (zoek op de website naar ‘Hoe het leven op aarde ontstond’)
NRC (zoek op de website naar ‘John Sutherland’ en ‘RNA’)

Vanwege copyright en publiciteit op deze sites kunnen de betreffende artikelen niet direct gelinkt worden.

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

Natural History

A Modern Compendium

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

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: