Onderzoekers hebben een RNA-molecuul ontdekt, genaamd QT45, dat bijna alle stappen uitvoert die nodig zijn voor zelfreplicatie – een cruciaal proces in de leidende theorie over hoe het leven begon. Deze doorbraak levert krachtig bewijs ter ondersteuning van de ‘RNA-wereld’-hypothese, die stelt dat RNA, en niet DNA, het belangrijkste genetische materiaal was in het vroege leven. De ontdekking is belangrijk omdat ze aantoont dat een relatief eenvoudig molecuul de reacties kan katalyseren die nodig zijn om zichzelf te kopiëren, zelfs als dat in de huidige experimenten niet tegelijkertijd gebeurt.
De RNA-wereldhypothese en de uitdaging van zelfreplicatie
Tientallen jaren lang hebben wetenschappers getheoretiseerd dat het leven voortkwam uit RNA-moleculen die in staat zijn tot zelfreplicatie. RNA kan, in tegenstelling tot DNA, zowel genetische informatie opslaan en fungeren als een enzym, dat chemische reacties katalyseert. Deze dubbele functie maakt het een uitstekende kandidaat voor de vroegste levensvormen. Het vinden van een RNA-molecuul dat zichzelf op betrouwbare wijze repliceert, was echter een grote hindernis. Eerdere pogingen vereisten grote, complexe RNA-structuren die waarschijnlijk niet spontaan op de vroege aarde zijn gevormd.
QT45: Een doorbraak in eenvoud
Het onderzoeksteam, geleid door Philipp Holliger van het MRC Laboratory of Molecular Biology, omzeilde deze complexiteit door te zoeken naar kleinere, eenvoudigere RNA-sequenties. Beginnend met een biljoen willekeurige 20-40 nucleotidesequenties, identificeerden ze er drie die nucleotiden aan elkaar konden koppelen. Door herhaalde rondes van mutatie en selectie evolueerden ze deze naar een molecuul van 45 nucleotiden (QT45) dat nu de creatie van complementaire RNA-strengen kan katalyseren, inclusief sequenties die de zijne weerspiegelen.
Belangrijkste bevindingen:
- QT45 kan korte nucleotideketens samenstellen, waardoor RNA-sjablonen effectief worden gekopieerd.
- Het molecuul kan kopieën van zichzelf maken uit die complementaire strengen.
- Hoewel volledige zelfreplicatie (beide reacties vinden tegelijkertijd plaats) nog niet is bereikt, ligt dit wel binnen handbereik.
Waarom dit ertoe doet: omstandigheden op de vroege aarde
De omstandigheden die nodig zijn om QT45 te laten functioneren – alkalisch water net boven het vriespunt – lijken sterk op de omgevingen die op de vroege aarde bestonden, zoals IJslandachtige gebieden met hydrothermale activiteit en cycli van bevriezen en ontdooien. Deze cycli zouden de energie hebben geleverd die nodig is om de reacties aan te sturen, terwijl gebieden met smeltwater of vetzuurblaasjes de noodzakelijke componenten hadden kunnen bevatten.
De ontdekking van QT45 gaat niet alleen over het repliceren van RNA in een laboratorium; het laat zien hoe een zelfoptimaliserend systeem op natuurlijke wijze had kunnen evolueren. Omdat het proces fouten introduceert, zullen sommige variaties onvermijdelijk beter functioneren, wat leidt tot exponentiële replicatie van de meest succesvolle strengen.
“Het meest opwindende is dat zodra het systeem zichzelf begint te repliceren, het zichzelf moet optimaliseren”, zegt Holliger.
Toekomstige stappen en validatie door experts
Het team is van plan QT45 verder te ontwikkelen en omstandigheden te onderzoeken die gelijktijdige replicatie mogelijk maken. Deskundigen zijn het erover eens dat dit een aanzienlijke vooruitgang is. Sabine Müller van de Universiteit van Greifswald merkt op dat de resultaten “uitzonderlijk” zijn, terwijl Zachary Adam van de Universiteit van Wisconsin-Madison de onwaarschijnlijkheid benadrukt van het vinden van QT45 tussen een “onvoorstelbaar groot” aantal mogelijke sequenties.
De ontdekking van QT45 markeert een cruciaal moment in het begrijpen van de oorsprong van het leven, wat bewijst dat zelfreplicatie via RNA niet alleen theoretisch is, maar ook aantoonbaar haalbaar is met relatief eenvoudige moleculaire structuren.
