Forscher haben ein RNA-Molekül namens QT45 entdeckt, das fast alle Schritte ausführt, die für die Selbstreplikation erforderlich sind – ein entscheidender Prozess in der führenden Theorie über die Entstehung des Lebens. Dieser Durchbruch liefert starke Beweise für die „RNA-Welt“-Hypothese, die besagt, dass RNA und nicht DNA das primäre genetische Material im frühen Leben war. Die Entdeckung ist bedeutsam, weil sie zeigt, dass ein relativ einfaches Molekül die für die Selbstkopie notwendigen Reaktionen katalysieren kann, wenn auch nicht gleichzeitig in aktuellen Experimenten.
Die RNA-Welthypothese und die Herausforderung der Selbstreplikation
Seit Jahrzehnten vertreten Wissenschaftler die Theorie, dass Leben aus RNA-Molekülen entsteht, die zur Selbstreplikation fähig sind. Im Gegensatz zur DNA kann RNA sowohl genetische Informationen speichern als auch als Enzym fungieren und chemische Reaktionen katalysieren. Diese Doppelfunktion macht es zu einem erstklassigen Kandidaten für die frühesten Lebensformen. Allerdings war es eine große Hürde, ein RNA-Molekül zu finden, das sich zuverlässig selbst repliziert. Frühere Versuche erforderten große, komplexe RNA-Strukturen, die sich auf der frühen Erde wahrscheinlich nicht spontan gebildet haben.
QT45: Ein Durchbruch in der Einfachheit
Das Forschungsteam unter der Leitung von Philipp Holliger am MRC Laboratory of Molecular Biology umging diese Komplexität, indem es nach kleineren, einfacheren RNA-Sequenzen suchte. Ausgehend von einer Billion zufälliger 20–40 Nukleotidsequenzen identifizierten sie drei, die Nukleotide miteinander verbinden könnten. Durch wiederholte Mutations- und Selektionsrunden entwickelten sie daraus ein 45-Nukleotid-Molekül (QT45), das nun die Bildung komplementärer RNA-Stränge katalysieren kann, einschließlich Sequenzen, die seine eigenen widerspiegeln.
Wichtige Erkenntnisse:
- QT45 kann kurze Nukleotidketten zusammenbauen und so RNA-Vorlagen effektiv kopieren.
- Das Molekül kann aus diesen komplementären Strängen Kopien von sich selbst erstellen.
- Eine vollständige Selbstreplikation (beide Reaktionen laufen gleichzeitig ab) ist zwar noch nicht erreicht, liegt aber in greifbarer Nähe.
Warum das wichtig ist: Bedingungen auf der frühen Erde
Die für die Funktion von QT45 erforderlichen Bedingungen – alkalisches Wasser knapp über dem Gefrierpunkt – ähneln stark den Umgebungen, die auf der frühen Erde existierten, beispielsweise isländischen Regionen mit hydrothermaler Aktivität und Gefrier-Tau-Zyklen. Diese Zyklen hätten die für den Antrieb der Reaktionen erforderliche Energie bereitgestellt, während Taschen aus Schmelzwasser oder Fettsäurevesikeln die notwendigen Komponenten hätten enthalten können.
Bei der Entdeckung von QT45 geht es nicht nur um die Replikation von RNA in einem Labor; Es zeigt, wie sich ein selbstoptimierendes System auf natürliche Weise hätte entwickeln können. Da der Prozess Fehler mit sich bringt, funktionieren einige Variationen zwangsläufig besser, was zu einer exponentiellen Replikation der erfolgreichsten Stränge führt.
„Das Spannendste ist, dass das System, sobald es mit der Selbstreplikation beginnt, selbstoptimierend werden sollte“, sagt Holliger.
Zukünftige Schritte und Expertenvalidierung
Das Team plant, QT45 weiterzuentwickeln und Bedingungen zu untersuchen, die eine gleichzeitige Replikation ermöglichen. Experten sind sich einig, dass dies ein erheblicher Fortschritt ist. Sabine Müller von der Universität Greifswald hält die Ergebnisse für „außergewöhnlich“, während Zachary Adam von der University of Wisconsin-Madison die Unwahrscheinlichkeit betont, QT45 unter einer „unvorstellbar großen“ Anzahl möglicher Sequenzen zu finden.
Die Entdeckung von QT45 markiert einen entscheidenden Moment für das Verständnis der Ursprünge des Lebens und beweist, dass die Selbstreplikation über RNA nicht nur theoretisch, sondern nachweislich mit relativ einfachen Molekülstrukturen erreichbar ist.
