Nieuws

21 nov 16: Persbericht: KNAW: genome editing vraagt om publiek debat en heldere regelgeving
18 nov 16: Volkswagen schrapt 30.000 banen door dieselschandaal en transitie naar elektrische auto
16 nov 16: 100.000e elektrische auto rijdt op de Nederlandse weg (AD)
10 nov 16: Is Erik Verlinde de nieuwe Einstein? Sterrenkundige Margot Brouwers resultaten wijzen er op dat Verlindes theorie klopt!
8 nov 16: Nederlander Erik Verlinde komt met baanbrekende theorie over zwaartekracht
8 nov 16: Chimpansees winden draderige algen als spaghetti om een stokje nrc
6 nov 16: The Origami Code. NPO 2 Zondag 6 nov 2016 19:15. Kijk de aflevering hier terug. Is zeer de moeite waard!

*) zie hier. [ Archief Actualiteiten ]

12 december 2013

Het ontstaan van het leven en de zin van het leven

In mijn vorige blog rapporteerde ik over het spannende onderzoek van Nobelprijswinaar Jack Szostak. Hij was er voor het eerst in geslaagd een werkende primitieve cel 'te maken' met daarin RNA moleculen die zichzelf kunnen kopieren. Dat laatste, RNA moleculen die zichzelf kopieren binnen een cel, was nieuw. Op zich was het al eerder gelukt om RNA zichzelf te laten kopieren zonder hulp van enzymen in een reageerbuis, en was het gelukt om uit vetzuren een cel te laten maken, maar de combinatie van die twee (RNA dat zichzelf copieert binnen een cel) was nog niet gelukt. Nu dus wel.

Ik beschreef 'het voordeel' dat RNA had om in een cel te zitten, maar merkte dat Szostak niet vermeldde wat 'het voordeel' van een primitieve cel was om zelfkopierend RNA mee te dragen ('voordeel' in overdrachtelijke zin). Een paar dagen later ontdekte ik een publicatie van Szostak uit 2012 [1] waarin hij beschrijft dat RNA de aanmaak van componenten van de membraan kan katalyseren. Kijk! Dat is interessant! Szostak had ook over 'het probleem' nagedacht, maar had het niet in zijn Science publicatie beschreven.

Dus, wat is het resultaat? We hebben nu 'een systeem' met 2 hoofdcomponenten: 1) een simpel membraan en 2) een zichzelf copierend RNA molecuul. Plus uiteraard een aantal 'hulpstoffen' (magnesium, citraat, ...). Het mooie van dit systeem is dat de twee hoofdcomponenten elkaar positief beinvloeden [2]. Een symbiose: beide partijen 'profiteren' van de samenwerking. Dus, als dit soort systemen ontstaan, dan is de kans kleiner dat ze het volgende moment weer uit elkaar vallen. Immers, ze bevorderen elkaars synthese. Ze houden elkaar in stand. Zo'n systeem is niet onverwoestbaar, maar is stabieler dan een systeem waarbij de componenten elkaar niet in standhouden en als los zand aan elkaar hangen. De gemiddelde levensduur van zo'n symbiotische combinatie zal groter zijn.

Nog anders gezegd: als er een onderdeel van een systeem is dat niet bijdraagt aan het voortbestaan van het geheel, dan kan het gemist worden. En als die component door toeval zou verdwijnen, zou het systeem gewoon blijven voortbestaan. Het is tenslotte een niet essentiele component. Zo blijven er hoofdzakelijk systemen over die alleen noodzakelijke componenten bevatten.

Dat is al een belangrijk inzicht, maar er komt nog iets bij. Beide hoofdcomponenten kunnen zichzelf kopieren. Het RNA kopieert zichzelf, het produceert een replica van zichzelf en de primitieve cel kan door insnoering zichzelf opsplitsen in 2 delen. De cel heeft gedeeld. 

Szostak proto-cel die spontaan aan het delen is.
langgerekte vormen in de cel zijn RNA moleculen
(capture uit animatie) ©Exploring Life's Origin

Wat is het 'nut' hiervan? (nut: metaforisch gesproken). Dit: mocht één van de twee cellen (met inhoud) beschadigd raken en uitéénvallen, dan heb je de ander nog. Hetzelfde geldt voor RNA: mocht één RNA molecuul uiteenvallen dat heb je de kopie nog. Daarmee kan het proces zich herhalen. Daarmee is het niet 'einde verhaal'. Daarmee is het eerste leven niet onmiddellijk uitgestorven. Dit alles is conceptueel veel belangrijker dan technische details over Mg2+ en citraat.

Tibor Ganti:
The Principles of Life

Dit conceptueel inzicht had ik niet van mezelf. Ik had het gevonden bij Tibor Gánti: The Principles of Life, dat ik 10 jaar geleden gelezen heb en waarvan ik zeer onder de indruk was (en nog steeds ben). Gánti definieerde 'leven' als een 3 componenten systeem: 1) een chemische subsysteem dat voor energie zorgt (metabolisme), 2) een chemisch informatiedragend subsysteem (erfelijkheidsmolecuul) en 3) een chemische membraan subsysteem. Twee subsystemen zijn makkelijk te herkennen in het Szostak systeem: de membraan en RNA als informatiedrager. Gánti had al beschreven dat de subsystemen elkaar 'in leven moesten houden'. Dat is prachtig herkenbaar in de overwegingen die Szostak had bij het ontwerpen van zijn protocel. Ik weet niet of Szostak Gánti gelezen heeft, maar het kan haast niet anders. Of hij was slim genoeg om het onafhankelijk te bedenken.

Nu was ik indertijd tegen een probleempje aangelopen bij het Gánti model van het leven: de eerste informatiedrager en erfelijkheidsmolecuul kán niet DNA zijn geweest. Gánti wist dat, want hij had DNA niet gespecificeerd als informatiedrager. Dat kon hij ook moeilijk doen want zijn systeem was enzym-vrij, en voor de synthese van enzymen heb je DNA nodig. Het kan dan ook niet anders dan dat het vroegste informatiesysteem RNA geweest moet zijn. Een andere informatie drager kennen we niet. Inderdaad, Gánti bleek in latere edities van zijn boek een RNA-world in gedachten te hebben.

Ik heb de verbeterde versie van dit vervolg blog over Szostak (exclusief het stukje over Gánti) aangeboden aan Pandas Thumb (zeer bekend en gezaghebbend blog ter bestrijding van creationisme in de USA). Het is geaccepteerd en zal vandaag of morgen verschijnen. [inmiddels is het verschenen: hier ] Daar ben ik blij mee. Ik had me verbaasd over het feit dat de bloggers van Pandas Thumb het hele Szostak artikel over het hoofd hadden gezien. Dat wordt nu rechtgezet. Ben benieuwd naar de reacties.

Filosofisch naschrift:

Wat is de zin van het leven?

Een bioloog mag die vraag niet stellen. Maar een filosoof wel. Als we bij het begin beginnen: het begin van het leven is een simpele vetzuur-membraan met daarin relatief kort, zelf-replicerend RNA. Wat is de zin daarvan? zou een hypothetische toeschouwer in die tijd gevraagd kunnen hebben. Het zijn systemen die stabieler zijn dan andere en daardoor blijven bestaan. En nakomelingen achterlaten. Maar waarom zou 'je' dat willen? Die primitieve systemen willen helemaal niets. Het leven is begonnen met moleculen en cellen die helemaal niets konden willen. Het lijkt alsof ze willen voortbestaan en zich willen voortplanten. Wij zijn uiteindelijk het gevolg daarvan. Wij stellen de vraag naar de zin van het leven. Een onbeantwoordbare vraag, wat mij betreft. Ik vind de vraag naar waar we vandaan komen vele malen fascinerender. Voldoende fascinerend voor een heel mensenleven. Je moet er toch niet aan denken dat je een heel leven geleefd hebt zonder die vraag te stellen? Dat zou pas een zinloos leven zijn!

Bronnen
  1. Jack W Szostak (2012) The eightfold path to non-enzymatic RNA replication, Journal of Systems Chemistry 2012, 3:2 (Open Access)    
  2. Dit wordt ook wel Collectively Autocatalytic Systems genoemd (in which the members catalyze each other’s formation) bekend geworden door het theoretische werk van Stuart Kauffman.

Postscript
14 dec 2013
Een Engelse versie van dit blog is verschenen op Panda's Thumb,  onder de titel New Szostak protocell is closest approximation to origin of life and Darwinian evolution so far ( 13 Dec 2013)

9 opmerkingen:

Andre zei

Gert

Boeiend , maar op de site (exploring life's origen )van de animatie wordt gezegd dat het nog niet werkt.
"Although a working version of a protocell has not yet been achieved in a laboratory setting, the goal appears well within reach."

Werkt het nu wel?

Heb je een link naar het artikel uit 2012 ?

gert korthof zei

Andre, er staat geen helaas datum op de website:
http://exploringorigins.org/protocells.html
Zou natuurlijk wel moeten,bij een onderwerp dat in beweging is.
Maar ik vind het een super site! zeer leerzaam, zouden er meer van moeten zijn! Szostak voelt zich niet te goed om zo'n stukje wetenschapsvoorlichting te plegen voor het grote publiek.
Het artikel van Szostak is van 29 Nov dus het kan heel goed dat de site inmiddels achter loopt. Het artikel beschrijft een werkende cel die RNA repliceert (door toevoeging van citraat).
Atikel Szostak 2012 staat onder het vorige blog.

gert korthof zei

Andre, ik heb de link naar Szostak 2012 opgenomen in het blog en onder het blog compleet vermeld ( The eightfold path to non-enzymatic RNA replication, )

Andre zei

Gert

Bedankt! Ik heb het snel doorgescand , maar zie nog niet duidelijk hoe het membraan wordt beinvloed door het RNA

gert korthof zei

Andre, bij The eightfold path to non-enzymatic RNA replication 2.4 staat:

...where the ribozyme confers an advantage to the cell as a whole, e.g., by the catalytic synthesis of a useful metabolite. For example, we have recently shown that catalyzed phospholipid synthesis could confer such a selective advantage by driving protocell membrane growth through the adsorption of fatty acid molecules from surrounding vesicles...
Toegegeven ... hij gaat er volgens mij niet diep op in. En het komt ook niet voor in het Science artikel. Maar conceptueel is het een Collectively Autocatalytic System met twee hoofdcomponenten.

Andre zei

Gert

Dat was mij ook opgevallen maar waar staat dat de katalysator in de zin "catalyzed phospholipid synthesis" RNA is ?

gert korthof zei

Andre, die paragraaf gaat over RNA.
De hele zin zin is deze:

"Useful information in this context is generally thought to imply sequences with ribozyme activity, where the ribozyme confers an advantage to the cell as a whole, e.g., by the catalytic synthesis of a useful metabolite. For example, we have recently shown that catalyzed phospholipid synthesis could confer such a selective advantage by driving protocell membrane growth through the adsorption of fatty acid molecules from surrounding vesicles."

waarbij ribozyme = RNA.
Dit is het antwoord op je vraag!

gert korthof zei

Postscript blog 12 dec: Pandas Thumb heeft mijn bijdrage gepubliceerd. Er zijn al comments (w.o. een creationist)...

Egbert zei

Ik vind de vraag naar waar we vandaan komen vele malen fascinerender.

Ik vind de vraag waardoor de evolutie in gang gezet is, wat leven nu precies is en waardoor het is ontstaan nog veel fascinerender, tevens of onze levens zin hebben in een groter verband, allemaal vragen die niet te beantwoorden zijn.

Misschien maar goed ook, want dan zouden geloof en hoop op welke manier dan ook, niet meer in het geding zijn.