Stel je voor: het is de aarde, ongeveer vier miljard jaar geleden. Er bestaan nog geen cellen. Geen membranen die iets bevatten. Alleen een draaiende, hete, chemisch vijandige soep van moleculen. En ergens, op een bepaalde plek, moet RNA—het molecuul dat genetische instructies draagt—overleven, andere RNA-moleculen vinden en de chemie op gang brengen die uiteindelijk zou leiden tot het leven zoals wij dat kennen.
Hoe precies is dat gebeurd? Het is een van de grootste puzzels van de wetenschap, en eerlijk gezegd is het feit dat wij hier zijn om erover te verwonderen, best wel verbazingwekkend als je nadenkt over alle kansen die overwonnen moesten worden.
Nou, onderzoekers aan de Universiteit van Buffalo hebben onlangs iets fascinerends ontdekt dat misschien kan helpen om dit allemaal uit te leggen. En luister eens—het komt neer op letterlijk ÉÉN zuurstofatoom.
Het kip-en-ei-probleem van het vroege leven
Hier is het ding over RNA: het is fragiel. Stel het bloot aan te veel hitte, zuur of harsh chemicaliën, en het valt uiteen. Op de vroege aarde waren die condities overal aanwezig.
Maar RNA moet ook interageren met andere RNA-moleculen om iets interessants te doen—zoals repliceren, reacties katalyseren, of uiteindelijk leiden tot de eerste eiwitten en uiteindelijk DNA. Voordat cellen bestonden, was er geen membraan om RNA-moleculen op één plek te houden. Ze zouden gewoon in de enorme oceaan diffunderen, en nauwelijks ooit tegen elkaar aan botsen.
Dus hoe kon RNA georganiseerd genoeg zijn geworden om het leven op gang te brengen?
De druppels komen in beeld
Wetenschappers hebben al een tijdje vermoed dat RNA misschien zijn eigen soort beschermende compartimenten zou vormen—druppels die werken als kleine vloeibare belletjes zonder membranen. Denk aan oliedruppels in saladedressing, maar dan gemaakt van RNA en water.
Deze druppels konden RNA-moleculen op één plek concentreren, waardoor de kans op interactie toenam. Ze boden ook enige bescherming tegen de harsh omgeving. De vraag was: waarom is RNA zo goed in het vormen van deze druppels in de eerste plaats?
Daar komt het nieuwe onderzoek om de hoek kijken.
Een klein chemisch geheim
Hier is wat mij absoluut fascineert aan deze studie. RNA en DNA worden vaak beschreven als vergelijkbare moleculen—DNA is de langetermijnopslag, RNA is de boodschapper. Maar chemisch gezien verschillen ze door slechts één klein kenmerk.
Elke suikereenheid in RNA heeft iets wat een 2'-hydroxylgroep heet (of kortweg 2'-OH). De suiker van DNA heeft dit niet—daar zit in plaats daarvan alleen een waterstofatoom. Dus we hebben het letterlijk over een enkel zuurstofatoom dat aan een waterstofatoom is gebonden, waardoor RNA net iets complexer is dan DNA.
Eén. Zuurstofatoom.
Dat is het.
En toch lijkt dit kleine verschil een game-changer te zijn voor de vraag of RNA deze beschermende druppels kan vormen.
De experimenten die alles onthulden
Het onderzoeksteam vergeleek hoe RNA en DNA zich gedragen wanneer ze worden verwarmd. Ze gebruikten dezelfde genetische sequenties voor beide, dus het enige verschil was dat zuurstofatoom.
Wat ze vonden was opmerkelijk: RNA begon druppels te vormen bij temperaturen die ongeveer 10°C lager lagen dan bij DNA. Tien graden klinkt misschien niet als veel, maar in de chemie is dat eigenlijk enorm. Het betekent dat RNA een substantieel sterkere neiging heeft om te condenseren en deze structuren te vormen.
Maar het wordt nog interessanter.
Wanneer RNA druppels vormde, zouden de moleculen binnenin met elkaar verbinden, waardoor onderling verbonden netwerken ontstonden. Naarmate deze netwerken groeiden, zouden de druppels verschuiven van vloeibaar—als dunne honing—naar iets dat meer lijkt op een gel. Die gelachtige toestand zou nog betere bescherming kunnen bieden voor het RNA binnenin, een beetje zoals sommige organismen beschermende lagen gebruiken om harsh omstandigheden te overleven.