NGV-Geonieuws 173 artikel 1102

NGV-Geonieuws: elektronisch geologisch tijdschrift


November 2010, jaargang 12 nr. 8 artikel 1102

Redactie: George Brouwers tot en met artikel 1023 en vanaf 1024 dr.W.M.L.(Willem) Schuurman

Dit artikel is onderdeel van NGV-Geonieuws uitgave 173! Op de huidige pagina is alleen artikel 1102 te lezen.

<< Vorig artikel: 1101 | Volgend artikel: 1103 >>

1102 Eerste RNA kan veilig zijn geweest in ijs
Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon, AMU, Poznan

Klik hier voor alle artikelen over Biologie & Evolutie !     Klik hier om dit artikel af te drukken !

De oorsprong van het leven op aarde is nog steeds onderwerp van verhitte discussies. De meest aangehangen hypotheses gaan ervan uit dat ‘organische’ moleculen die zichzelf konden repliceren ontstonden bij hete bronnen (zie Geonieuws 656) of op beschutte plaatsen bij vulkanen (zie Geonieuws 994). Alle theorieën worstelen echter met het feit dat deze moleculen snel aangetast worden door invloeden van buitenaf, waardoor ze uiteenvallen of niet meer functioneren. Daarom wordt nu op diverse plaatsen onderzoek gedaan naar omstandigheden die op de (zeer) vroege aarde aanwezig zijn geweest die voldoende bescherming zouden kunnen bieden om deze ‘organische moleculen’ te laten functioneren. Het idee is nu dat deze moleculen ‘gehuisvest’ moeten zijn geweest in een micromilieu dat uit compartimenten bestond waarin schadelijke invloeden niet of nauwelijks toegang hadden. Recent is vastgesteld dat mica een dergelijke omgeving kan hebben geboden (zie Geonieuws 1057). Nu lijkt het er echter op dat een voorheen eerder als vijandig dan als vriendelijk beschouwd milieu ook dergelijke compartimenten kan hebben geboden. Het gaat daarbij niet om hete plaatsen zoals bij vulkanen of hete bronnen, maar juist om een koude leefomgeving: in ijs.


De structuur van RNA.


In tegenstelling tot de zogeheten
‘dubbele helix’ van DNA (links) is
RNA (rechts) een enkelvoudige
‘wenteltrap’.


Er zijn weinig zichzelf vermenigvuldigende moleculen bekend. Het bekendst is DNA (de drager van erfelijke eigenschappen, met de vorm van een dubbele wenteltrap), dat beschouwd zou kunnen worden als RNA (dat een enkelvoudige wenteltrap vormt) met een complementaire - qua structuur vergelijkbare - wenteltrap. Waarschijnlijk was RNA het eerste gecompliceerde molecuul op aarde dat zich kon vermenigvuldigen. Nu worden DNA en RNA tegen schadelijke invloeden van buitenaf beschermd doordat ze zitten ‘opgesloten’ in lichaamscellen met een stevige wand.

Experimenten wijzen nu uit dat ook ijs een dergelijke bescherming kan bieden. Wanneer ijs uit water ontstaat, nemen de zich vormende ijskristallen vrijwel alleen watermoleculen op. Dat betekent dat het resterende water geleidelijk een hogere concentratie aan opgeloste stoffen gaat bevatten ( zoals zout en koolstofhoudende moleculen). De hogere concentratie verhoogt de kans op chemische reacties, waarbij uit de koolstofhoudende moleculen bijvoorbeeld RNA kan ontstaan. Dat is des te meer mogelijk omdat er zeer veel verschillende vormen van RNA bestaan. Eén daarvan is het R18 polymerase ribozym, een molecuul dat als eigenschap heeft dat het de vorming van zichzelf uit opgeloste stoffen versnelt. Dit bijzondere RNA molecuul blijkt ook bij -7 °C nog actief; bij -25 °C weliswaar niet meer, maar het experiment toonde duidelijk aan dat dit molecuul ook binnen ijs actief kan blijven. Dat gaat dan wel iets langzamer, maar het kan wel weken doorgaan. Zo bleek dit molecuul onder ‘ijselijke’ omstandigheden in staat om in acht dagen dezelfde chemische reacties te veroorzaken die het bij 17 °C in twee dagen tot stand brengt.

Voor het bouwen van dit soort gecompliceerde moleculen moeten de nodige bouwstenen aanwezig zijn. De concentratie van die bouwstenen neemt echter af naarmate er meer van gebruikt worden. Dat geldt bij de vorming van het R18 polymerase ribozym bijvoorbeeld voor magnesium. Toch blijkt het opbouwproces langdurig door te gaan, omdat dit molecuul, als het eenmaal tot vermenigvuldiging is overgegaan, kennelijk een soort geheugen heeft voor het vinden van de juiste bouwstenen om door te gaan.


Ribozymen zijn vaak gecompliceerde
organische moleculen die als enzym
functioneren.


Vereenvoudigde weergave van een
ribozym dat in staat is om RNA
in stukken te ‘knippen’.


Maar hoe blijft eenmaal gevormd RNA in het ijs beschut tegen schadelijke invloeden? Dat komt doordat tussen de ijskristallen holtes en kanaaltjes zitten die goede beschutting bieden. Dat bleek toen de onderzoekers een ijskolom lieten bevriezen met microdeeltjes die behulpzaam zijn bij de activiteit van het ribozym. Ze vonden dat de RNA enzymen een week nodig hadden om 70% van de microdeeltjes te bereiken; kennelijk was er sprake van compartimenten. Dat kan worden verklaard doordat de onderlinge verbindingen tussen de holtes en kanaaltjes minder goed worden als de ijskristallen groeien.

De onderzoekers benadrukken dat een en ander niet betekent dat het leven zoals we dat nu kennen even goed in ijs kan voortbestaan als bij hogere temperaturen. Ze stellen dat hun experimenten alleen aantonen dat ijs de compartimenten biedt die RNA-moleculen kunnen beschermen tegen schadelijke invloeden, en dat bepaalde RNA-moleculen zich onder die omstandigheden, zowel op Aarde als daarbuiten, kunnen vermenigvuldigen. Het kan volgens hen best zijn dat het eerste RNA op Aarde onder andere omstandigheden is ontstaan, maar dat het zich kon handhaven en vermenigvuldigen dankzij de compartimenten in ijs. Toen zich eenmaal leven met cellen had ontwikkeld, kon het RNA daarin veilig verblijven en was ijs daarvoor niet meer nodig.

Referenties:
  • Attwater, J., Wochner, A., Pinheiro, V.B., Coulson, A. & Holliger, Ph., 2010. Ice as a protocellular medium for RNA replication. Nature Communications 1, p. 1-8.


Copyright © NGV 1999-2017
webmaster@geologischevereniging.nl