Een 'groot' experiment suggereert hoe het leven op aarde begon

Een belangrijke stap vooruit ondersteunt dit RNA-wereldtheorieWetenschappers van het Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, Californië, vertellen een klein maar essentieel deel van het verhaal. In reageerbuizen zijn ze dat wel Fase van het RNA-molecuul Die in staat was nauwkeurige kopieën te maken van een ander type ribonucleïnezuur (RNA).

Dit werk, gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences, brengt hen dichter bij het grote doel: het kweken van een RNA-molecuul dat exacte kopieën van zichzelf maakt.

“Dan zou hij nog leven”, zegt Gerald Joyce, president van Salk en een van de auteurs van het nieuwe artikel. “Dus dit is de weg naar hoe leven zou kunnen ontstaan ​​in het laboratorium, of in principe overal in het universum.”

Het team heeft nog lang niet bewezen dat dit de manier is waarop het leven op aarde echt begon, maar het scenario dat zij voorstellen is dat dit de manier is waarop het leven op aarde begon. Het bootst waarschijnlijk een van de oudste bewegingen van de evolutie na, een concept dat meer dan 150 jaar geleden werd beschreven door de Engelse natuuronderzoeker Charles Darwin.

“Het is een opstapje naar een beter begrip van hoe het leven is geëvolueerd”, zegt Nikolaos Papastavrou, eerste auteur van het artikel en postdoctoraal onderzoeker bij Salk.

Om dit punt te bereiken hebben wetenschappers misschien wel het grootste obstakel voor de plausibiliteit van de RNA World-theorie overwonnen. Tot nu toe is geen enkel RNA-molecuul in het laboratorium erin geslaagd kopieën van ander RNA te maken die nauwkeurig en efficiënt genoeg zijn.

Het RNA-molecuul moet kopieën maken die heel dicht bij het origineel liggen om hetzelfde delicate evenwicht te bereiken dat de darwinistische evolutie in de natuur regeert. Als de transcripties te veel veranderen, gaan de mogelijkheden van het RNA achteruit en gaat het snel bergafwaarts. Stel je voor dat een defecte camera een vage of vervaagde versie van het beeld creëert. Als de obscure kopie in een machine wordt geplaatst, ontstaat er een nieuwe, slechtere kopie.

“Als het foutenpercentage te hoog is, kun je het niet volhouden [genetic] ‘Informatie,’ zei Joyce. “Het ontploft gewoon.” Fouten gebeuren te snel om de darwinistische selectie in staat te stellen de winnaars te kiezen, degenen die het best zijn toegerust om te overleven, en “ronde na ronde van de evolutie ziet de bevolking verdwijnen in niemandsland.”

Hoewel de transcriptie erg goed moet zijn, kan deze niet altijd perfect zijn. Zonder ruimte voor fouten zou RNA zich niet kunnen aanpassen als de omgeving verandert, zoals organismen in het wild doen. Stel je bijvoorbeeld een haarloze sfinxkat voor die probeert te overleven terwijl de temperatuur daalt en de wereld op weg is naar een nieuwe ijstijd. In dit onwaarschijnlijke scenario zal de kat zijn haarloze karakter snel moeten veranderen.

Octopussen en inktvissen kunnen hun eigen RNA herschrijven. Is dit de reden dat ze zo slim zijn?

In het nieuwe werk creëerden Salk-wetenschappers een RNA dat kopieën maakt van zogenaamd hamerhaai-RNA. In plaats van andere RNA-moleculen te kopiëren, snijdt de hamerhaai ze in stukken. Toen RNA kopieën van de hamerhaai maakte, kon elke nieuwe generatie nog steeds snijden; Het kopiëren van elk van deze is ook eenvoudiger geworden.

John Chabot, een professor in de farmaceutische wetenschappen aan de Universiteit van Californië, Irvine, die niet betrokken was bij het onderzoek, noemde de overschrijding van die drempel door het Salk-team ‘enorm’, en voegde eraan toe dat ‘ik het in eerste instantie als een beetje beschouwde’. een groot probleem.” Een beetje kaakverbijsterend. …Het is heel elegant.

Om aan te tonen dat hun RNA beter kon kopiëren, testte het Salk-team een ​​kopie van de 71e generatie met een van zijn verre voorouders. De nieuwste generatie presteert beter dan zijn voorganger als het gaat om het maken van nauwkeurige kopieën.

“Over het geheel genomen denk ik dat het een grote stap voorwaarts is” voor de RNA World-theorie, zegt Claudia Bonvieux, een junior groepsleider aan de Universiteit van Straatsburg in Frankrijk, die niet bij het onderzoek betrokken was.

Bonfieu, die de afgelopen tien jaar onderzoek heeft gedaan naar de oorsprong van het leven, benadrukte dat “het veld een beetje uitgebreider is geworden” door zich een begin voor te stellen waarin niet alleen RNA bestond, maar ook andere bouwstenen van het leven. de anderen Ze kunnen lipiden omvatten, die deel uitmaken van het celmembraan, aminozuren en organische verbindingen die in eiwitten voorkomen.

In dit alternatieve scenario, zegt Bonfieu, bevinden de verschillende bouwstenen zich in kamers in een soort primitieve versie van een cel.

In een e-mailantwoord zei Joyce: “Ik ben het eens met Claudia's punt dat er misschien meer aan de hand is [primordial] Een soep van alleen RNA. De op RNA gebaseerde evolutie kan zijn begonnen in lipidecompartimenten, op minerale oppervlakken of in combinatie met andere moleculen.

Het centrale punt, zei Joyce, is dat ‘de Darwinistische evolutie uiteindelijk in het spel kwam’, en op een bepaald punt in de vroege geschiedenis van het leven speelde ribonucleïnezuur (RNA) de cruciale rol bij het vasthouden van genetische informatie en het versnellen van de chemische reacties die nodig zijn om kopieën van die informatie. .

Michael Kay, hoogleraar biochemie aan de Universiteit van Utah, noemde de nieuwe studie ‘een zeer opwindende vooruitgang’ die de theorie van de RNA-wetenschapper ‘een belangrijk bewijsstuk’ opleverde. [to show] “Het is redelijk en redelijk.” Hij voegde eraan toe dat de bij Salk ontwikkelde RNA-transcriptase “een waardevol hulpmiddel zal zijn voor mensen die gerichte evolutie-experimenten willen uitvoeren.”

Gerichte evolutie, ook wel reageerbuisevolutie genoemd, is een laboratoriumproces waarmee wetenschappers de evolutie kunnen nabootsen door moleculen van de ene generatie naar de volgende te sturen, waardoor de moleculen verbeteringen kunnen verkrijgen die hen helpen te overleven.

Hoewel de experimenten in het nieuwe artikel twee jaar duurden, kostte het Joyce en zijn collega's bijna tien jaar om de weg vrij te maken, waarbij ze geduldig generatie na generatie RNA-moleculen opdoken.

Als wetenschappers erin slagen RNA te produceren dat zichzelf kan kopiëren, zou de evolutie grotendeels op zichzelf kunnen doorgaan.

“Het enige wat we moeten doen is het voorzien van een constante aanvoer van de vier basiselementen,” zei Joyce. RNA bestaat, net als DNA, uit vier chemische basen, waarvan er drie homoloog zijn aan beide: adenine, cytosine en guanine. Voor de vierde component bevat RNA de basis uracil, terwijl de vierde component in DNA thymine is.

De laboratoriumversie van de evolutie zou het voor RNA-moleculen mogelijk maken zich aan te passen als wetenschappers van temperatuur of omgeving veranderen.

“Het leukste is het introduceren van nieuwe chemicaliën die verder gaan dan de vier basen in RNA en kijken wat de evolutie met die basen kan doen”, zegt Joyce.

“Toen de evolutie op aarde eenmaal begon, kijk dan eens naar alle verbazingwekkende dingen die ze hebben uitgevonden”, zei hij.