Je leest:

De oorsprong van chemische soorten

De oorsprong van chemische soorten

Ook moleculen stammen van elkaar af

Auteur: | 8 januari 2016

In een systeem van zelfreplicerende moleculen kunnen zich spontaan nieuwe typen moleculen vormen als je zorgt voor verschillende bouwstenen. Dat hebben onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen aangetoond. Deze bevinding laat zien hoe de grote diversiteit in levensvormen mogelijk al op moleculair niveau is ontstaan. De Groningse onderzoekers publiceerden hun resultaten over deze ‘chemische evolutie’ op 4 januari 2016 in Nature Chemistry.

Hoe kan leven ontstaan uit een levenloze chemische soep? Die vraag houdt wetenschappers al bezig sinds de publicatie van ‘Over de oorsprong van soorten’ van Charles Darwin, grondlegger van de evolutietheorie. Sijbren Otto, hoogleraar Systems Chemistry aan de Rijksuniversiteit Groningen, bestudeert ‘chemische evolutie’. Zijn onderzoeksgroep ontwikkelde eerder zelfreplicerende moleculen; moleculen die kopieën van zichzelf kunnen maken. Ze zijn nu een stap verder gegaan en hebben aangetoond dat er in zo’n systeem niet alleen kopieën, maar ook nieuwe typen moleculen kunnen ontstaan.

Otto werkt al enkele jaren aan chemische evolutie. “Dat begon met een toevallige ontdekking”, vertelt hij. “We vonden kleine peptiden die uit zichzelf ringetjes konden vormen, en die ringetjes vormden weer stapeltjes.” Peptiden zijn verbindingen van enkele aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Zo’n stapeltje peptideringetjes bleef groeien totdat het in twee stukken brak. Deze twee stukken groeiden ieder vervolgens gewoon door, braken weer en zo ging het verder. De stapeltjes en ringetjes heten ‘replicatoren’, omdat ze kopieën van zichzelf maken.

In deze animatie wordt (in het Engels) het onderzoek van Sijbren Otto naar chemische evolutie uitgelegd.

Jan Sadownik, onderzoeker in de groep van Otto, ontdekte iets nieuws. Wanneer je replicatoren twee verschillende bouwstenen aanbiedt (we noemen ze even A en B), gaan ze nog steeds kopieën van zichzelf maken. Maar ze gaan beide verschillende bouwstenen gebruiken, waardoor het geen exacte kopieën meer zijn. Sadownik zag dat er nieuwe replicatoren ontstonden die vooral bouwsteen A gebruikten om ringetjes van te maken, maar daarin ook wat B opnamen. De ringetjes bestonden dus merendeels uit A, met hier en daar een B.

Moleculaire voorouder

Na een paar dagen zag Sadownik echter een nieuwe set ontstaan van replicatoren die vooral bouwsteen B opnamen en af en toe ook wat A in hun ringetjes verwerkten. Deze tweede set stamde af van de eerste set replicatoren. Dit lijkt sterk op hoe nieuwe soorten ontstaan uit voorouders tijdens biologische evolutie, maar dan op moleculair niveau in plaats van in levende organismen. Zo’n spontane splitsing van replicatoren in afzonderlijke soorten zou wel eens de eerste stap kunnen zijn geweest in een lang proces dat uiteindelijk heeft geleid tot de indrukwekkende soortenrijkdom die we nu zien in de natuur.

De experimenten laten zien hoe soortvorming kan optreden tijdens chemische evolutie. “Al kan je de term ‘soortvorming’ eigenlijk alleen gebruiken wanneer je spreekt over zich seksueel voortplantende organismen”, legt Otto uit. “Maar ons werk laat een vergelijkbaar patroon zien. Het opwindende hiervan is dat eerst het ene type nieuwe replicator verschijnt en na een tijdje een tweede type. Dat is absoluut belangrijk. De evolutionair biologen die ik hierover heb gesproken, vinden het ook machtig interessant.”

Bron

Jan Sadownik, Elio Mattia, Piotr Nowak and Sijbren Otto, Diversification of self-replicating molecules, Nature Chemistry (2016), doi:10.1038/nchem.2419

Dit artikel is een publicatie van Science Linx.
© Science Linx, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 08 januari 2016

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.