In de evolutie van het leven op aarde moet op een bepaald moment een molecuul zijn ontstaan dat in staat is om genetische informatie op te slaan. Het nucleïnezuur RNA is hiervoor al een tijdlang kandidaat. RNA is samengesteld uit bouwblokjes (nucleotiden). Die bouwblokjes bestaan zelf weer uit drie elementen, namelijk een base (adenine, guanine, cytosine of uracil), een suikergroep en een fosfaat. Deze drie elementen moeten bij elkaar komen om uiteindelijk een nucleotide te vormen. Hierin ligt het probleem: er is nog nooit een chemische reactie gevonden die kan verklaren hoe de drie losse elementen aan elkaar koppelen.

De structuur van een DNA-molecuul. RNA is ongeveer hetzelfde opgebouwd als DNA. Iedere nucleotide bestaat uit een base, een suikergroep en een fosfaat. Bij RNA bestaat de base thymine niet. Deze is vervangen door uracil. Bovendien ziet de suikergroep van RNA en ietsje anders uit dan die van DNA.

Bioplek.org, G.A.M. Scholte / C.M. Marree

Chemische explosie

Volgens de Engelsen zijn veel scheikundigen huiverig voor het bij elkaar brengen van koolstof-zuurstof chemie (waarbij uiteindelijk suikers ontstaan) en koolstof-stikstof chemie (waarbij uiteindelijk basen ontstaan). Het bij elkaar komen van deze reacties kan leiden tot een chemische explosie, waarbij miljoenen organische componenten in één keer ontstaan. Dat is op de jonge aarde, voor zover we weten, nooit gebeurd en dus houden de meeste onderzoekers deze twee reacties strikt gescheiden. Dat geldt echter niet voor Matthew Powner en zijn collega’s.

Zij ontdekten dat fosfaat de chemische explosie beteugelt. Fosfaat werkt niet alleen als een pH-buffer, maar katalyseert ook de reactie tussen suikers en basen. Suikers en basen vormen samen een belangrijke tussenstap die ervoor zorgt dat nucleotiden kunnen ontstaan zonder gebruik te maken van de losse elementen. Op die manier kan een RNA-molecuul zich vormen zonder de hulp van enzymen.

Boven: een reactie tussen een losse suikergroep (rood) en een losse base (blauw) leidt tot een chemische explosie en kan daarom nooit de oplossing zijn voor het ontstaan van RNA. Onder: 2-Aminooxazole is de slimme tussenstap die suiker en base combineert voordat er een nucleotide ontstaat.

Matthew Powner ea., Nature

Realistisch beeld

De onderzoekers hielden in hun experiment ook rekening met de omstandigheden op de jonge aarde. In het laboratorium bootsten zij precies de condities na waaronder chemische reacties miljoenen jaren geleden plaatsvonden. Bovendien gebruikten zij als startmateriaal alleen stoffen die naar alle waarschijnlijkheid al op de jonge aarde aanwezig waren. Op die manier geeft dit experiment ons een realistisch beeld over hoe RNA ooit is ontstaan.

Zie ook

Zoektocht naar bouwstenen van leven (Kennislinkartikel) Onweer boven de oersoep (Kennislinkartikel van Bionieuws) De oorsprong van het leven (Kennislinkartikel van NIBI) Hete soep of koude damp? (Kennislinkartikel van Archimedes)