biologie

Alle zelfstandig levende levensvormen die we kennen, zijn DNA-gebaseerd. De aanwijzingen worden echter steeds sterker dat niet DNA, maar RNA de oorsprong van het leven is. Zouden deze “RNA-protobacteriën” nog ergens bestaan? Waar hebben we de grootste kans ze te vinden?

Ribosomen als oorsprong van het leven
In een baanbrekende ontdekking toonden Meredith en Robert Root-Bernstein aan dat de hedendaagse ribosomen sporen bevatten van instructies om onmisbare onderdelen van de machinerie des levens, zoals t-RNA, te bouwen. Ribosomen, celonderdelen die messenger RNA in eiwitten coderen, vormden miljarden jaren geleden vermoedelijk het centrale onderdeel van wat toen een cel was. Hoe zou een ribosoom-gebaseerde cel er uit hebben gezien? Waar zouden deze levensvormen zich schuil kunnen houden?

Hoe zou een ribosoomcel er uit zien?
Ribosomen zijn klein: rond de 25 nanometer. Ter vergelijking: de kleinst bekende bacterie is rond de 200 nanometer. Er is geen DNA, dat bij de kleinste bacteriën 10% of meer van het celvolume inneemt. Er is ook geen RNA transcriptase, dat DNA in RNA vertaalt. Dit verschaft een ribosoom-gebaseerde levensvorm een belangrijk voordeel. De kleine grootte en vereenvoudigde biochemie betekent dat de levensvorm veel minder ruimte nodig heeft. Iedere levensvorm heeft echter iets als een celwand nodig. Ook moeten moleculen zoals t-RNA, nucleïnezuren, aminozuren en enzymen, die de celonderdelen vervaardigen, gehuisvest worden.

Vermoedelijk zal de werkelijke grootte van de hypothetische ribosoom-gebaseerde levensvorm daarom 50-100 nm bedragen. Een groep microbiologen denkt, op basis van first principles, dat DNA-gebaseerde levensvormen veel groter, rond de 200 nanometer, moeten zijn. [2] Inderdaad is dit de grootte van de allerkleinste DNA-gebaseerde bacteriën die we kennen. Deze bacteriën moeten samenwerken met andere bacteriën om in leven te blijven.

Uit analyses van de evolutie van ribosomen weten we, dat ze begonnen zijn als vrij compacte kern, een soort viroïde van misschien 200 RNA-bouwstenen lang, en zich in drie tot vier schillen uit hebben gebreid, waarbij elke schil de efficiëntie van het ribosoom flink vergrootte. De allerlaatste schil betekende de toevoeging van eiwitten [3]. Ribosomen zijn nu in totaal 4000-10.000 RNA-basen lang. Misschien dat ribosoomcellen kleinere of anders gevormde ribosomen kennen.

Waar zou je ribosoomcellen kunnen vinden?
RNA is veel minder stabiel dan DNA. Ook zijn primitieve cellen niet zo goed in biochemie als geavanceerde, op DNA gebaseerde organismen. Conclusie: op elke plaats waar een DNA-gebaseerde levensvorm kan leven, leggen RNA-gebaseerde wezens het af. Er zijn echter enkele plaatsen, waar een kleine afmeting een beslissend concurrentievoordeel geeft. Bijvoorbeeld: in kleine spleten in gesteente. Een scheur van 100 nanometer is niet bewoonbaar voor een DNA-gebaseerde bacterie, maar wel voor een kleiner organisme. Dit maakt gesteente een voor de hand liggende plaats om naar zeer kleine levensvormen te zoeken.

Nanoben
In 1996 ontdekte de Australische geologe Philippa Unwin met haar team merkwaardige structuren, nanoben, in oliehoudend gesteente op ongeveer 4 km diepte [4]. De structuren hadden veel weg van schimmeldraden en bacteriën, maar waren veel kleiner dan volgens biologen mogelijk is. De structuren bestaan uit koolstof, stikstof en waterstof: in levende organismen veel voorkomende elementen.

Fosfor
Omdat de nanoben geen overmaat aan fosfor bevatten, en alle celwanden die we op aarde kennen mede uit fosfolipiden bestaan, denken de meeste biologen dat nanoben geen levende organismen zijn. Fosfor is ook een essentieel onderdeel van zowel DNA als RNA. Zit er weinig fosfor in nanoben, dan betekent het dat ze geen DNA of RNA bevatten. Er is nog een exotische mogelijkheid, namelijk dat nanoben hun genetische informatie anders dan in DNA of RNA opslaan. Hoewel deze mogelijkheid niet uit is te sluiten, is er in de natuur maar één geval bekend: prionen. Dit zijn besmettelijke eiwitten, die onder meer de ‘gekke koeienziekte’ BSE  en scrapies veroorzaken. Deze eiwitten kunnen alleen soortgelijke eiwitten aantasten en dus niet zichzelf uit aminozuren opnieuw opbouwen.

Bronnen
1. Carl Zimmer, Aliens among us, 2007.
2. Christian De Duve (panel mod.) en Mary Jane Osborn, Size Limits of Very Small Microorganisms: Proceedings of a Workshop, 1999.
3. Carl Zimmer, Deconstructing the Ribosome, Science Magazine, 2009.
4. Philippa Unwin et al., Novel nano-organisms from Australian sandstones, American Mineralogist, Volume 83, pages 1541–1550, 1998
5. Nanobacteria and Nanobes- Are They Alive?,Monica Bruckner (Montana State University, niet gedateerd)