De grenzen tussen leven en niet-leven waren tot ver in de twintigste eeuw duidelijk. Nu is dat anders. Projecten als OpenWorm en kunstmatige cellen vertonen gedrag als levende organismen. Ook hedendaagse techniek lijkt steeds meer weg te hebben van levende organismen door de snel toenemende mogelijkheden en complexiteit. Waar ligt de grens tussen levend en dood?
Volgens denkers in het veld, zoals Martin Hanczyk die deze TED-lezing verzorgt, moet er iets als auto-assemblage plaats hebben gevonden. Hij slaagde er inderdaad al in cel-achtige structuren te produceren, uitgaande van ‘dode’ chemicaliën. Deze vertonen enkele gedragingen die griezelig veel overeenkomen met die van levende organismen zoals bacteriën. Kunnen we met deze inzichten kunstmatig leven scheppen en leven-achtige eigenschappen aan onze techniek geven?
Het geheim van ons succes als soort ligt voor een groot deel in het oogsten van het door andere soorten onbenutte potentieel van mannetjes. Hoe kunnen we met kennis van de biologie onze samenleving succesvoller maken?
De harde waarheid over mannen en vrouwen
De mannen onder onze lezers, reageerders en bijdragers hoeven zich geen illusies te maken. Zij, die ongeveer de helft van alle mensen uitmaken, zijn biologisch gezien voor het grootste deel overbodig. Zoals het voorbeeld van Ismail ibn Sharif en andere kampioen-kinderverwekkers bewijst, zijn er maar een paar procent mannetjes nodig om voor alle voortplantingsnoden van de menselijke soort zorg te dragen. De rest is puur dood vlees, dat kostbare hulpbronnen verspilt. Ons nut bestaat slechts uit onze gonaden en de enkele seconden, waarin de inhoud daarvan in een bereidwillige vrouw wordt geloosd. Althans, zo willen de feministen ons wijsmaken. Maar klopt dat wel? Of is ook de meerderheid van de mannen, die alleen kinderen heeft met zijn levensgezellin, waardevol?
Vogels doen het voor een belangrijk deel zo goed, omdat bij veel soorten het mannetje het wijfje intensief bijstaat bij de broedzorg. Bron: Wikimedia Commons
De rol van de man bij de meeste soorten
Bij de meeste groepsvormende zoogdiersoorten en enkele vogelsoorten en reptielensoorten vormen mannetjes, of een groep broers, permanente of tijdelijke harems van meerdere vrouwtjes, waar ze kinderen bij verwekken. Bij deze harems horen territoria, waarbinnen andere mannetjes niet welkom zijn. De andere mannetjes leiden een marginaal, zwervend bestaan en loeren op een kans om een harem over te nemen. Bij de meeste vogelsoorten, daarentegen, leveren mannetjes actieve broedzorg. Ze assisteren hun vrouwtje fulltime om de gezamenlijke jongen groot te brengen. Deze benadering is succesvol: het aantal vogelsoorten steeg tot het ontstaat van de moderne mens nog steeds gestaag, waar het aantal zoogdiersoorten al sinds het Oligoceen afneemt.
Waarom worden er toch vijftig procent mannetjes geboren?
bij alle gewervelde dieren, zeker bij alle zoogdieren, ligt het percentage mannetjes rond de 50%. De reden hiervoor is simpel. Voor elke paring is er een mannetje en een vrouwtje nodig. Als er een overschot aan mannetjes bestaat, is het genetisch gunstiger om te investeren in een vrouwtje. Als er een overschot aan vrouwtjes bestaat, zal een mannetje juist meer dan gemiddeld nakomelingen krijgen. Om die reden ligt het aantal mannetjes en vrouwtjes doorgaans even hoog. Kortom: er is een duidelijke biologische reden waarom de sekseratio is zoals hij is. We kunnen er dus maar beter mee leren leven.
Monogame samenleving superieur
Uit sociologisch onderzoek naar monogame en polygyne gezinnen, blijkt dat kinderen die deel uitmaken van een polygyne gezin, over het algemeen slechter verzorgd worden. Ook is er sprake van verspilling van hulpbronnen. Er bestaat in een polygyne samenleving, zoals veel islamitische samenlevingen, veel competitie tussen mannen en een grote machtsafstand, waardoor deze samenlevingen vaak worden geteisterd door geweld. Dit is ook een van de redenen, waarom polygyne samenlevingen onder de voet zijn gelopen door de monogame westerse samenleving. In een monogame samenleving hoeft niet voortdurend om vrouwen gevochten te worden, waardoor mannen beter kunnen samenwerken. Dit maakt deze samenlevingen stabieler.
Militair voordeel polygyne samenleving verdwijnt
Ook worden deze samenlevingen rijker. Immers, mannen stoppen hun geld in hun gezin in plaats van in het verwerven van een nieuwe vrouw. Ook is het voor mannen niet meer nodig, om vrouwen te onderdrukken, maar werken mannen en vrouwen samen. Er bestaat geen wrijving tussen bijvrouwen, wat in polygyne relaties een grote bron is van psychische klachten bij vrouwen, en hierdoor ook hun kinderen[1][2], maar alleen een stabiel monogaam gezin. Daardoor worden menselijke hulpbronnen in monogame samenleving veel beter benut dan in polygyne samenlevingen. Dit weegt ruimschoots op tegen het marginale voordeel van het verwekken van meer kinderen en kanonnenvoer in een polygame samenleving, omdat alle vruchtbare vrouwen bevrucht worden. De legers van technisch ontwikkelde landen zijn zo overweldigend sterk, dat ze binnen enkele dagen het leger van een minder ontwikkeld land kunnen wegvagen, hoe groot dat ook is in aantal. Gesteld dat de honderdduizenden tot miljoenen doden die een effectieve militaire oplossing met zich meebrengt, acceptabel worden geacht. Alleen omdat de taliban zich onder de burgerbevolking konden verschuilen, en de Amerikanen niet bereid veel doden onder de burgerbevolking voor lief te nemen, hielden ze stand.
De klimaatverandering heeft naast de nodige rampspoed, ook enkele prettige gevolgen. Gebieden die ooit dorre woestenijen waren, worden steeds groener, blijkt uit satellietwaarnemingen. Hoe wordt het leven op de toekomstige aarde?
Welkom in het lieflijke Nunavut, met een winter van negen maanden. Wordt het straks leefbaarder? Bron: Ministerie van Toerisme, Nunavut
CO2 kunstmest voor planten
Op de Mercatorprojectie van Noord Amerika nemen ze een prominente plaats in. Barre pooleilanden als Baffinland (sorry: á•¿á‘á–…á‘–á“—á’ƒ oftewel Qiqiktaaluk), Ellismere Eiland en het van de Russen gekochte schiereiland Alaska, waar ijskoude poolwinden over een kale vlakte loeien. In werkelijkheid zijn ze wat kleiner dan ze op de kaart lijken, maar toch vertegenwoordigen ze een enorme oppervlakte. Qiqiktaaluk, onderdeel van de Canadese provincie Nunavut, alleen al is 12-13 maal zo groot als Nederland en er wonen maar 11.000 mensen.
Door de structurele stijging in jaartemperatuur wordt het leven hier steeds prettiger voor planten. Als je bedenkt dat ongeveer de helft van alle bladeiwit in C3-planten (de meeste plantensoorten) uit één enkel enzym bestaat, rubisco, dat maar één taak heeft: CO2 vangen, begrijp je dat planten uitermate veel profiteren van de snelle stijging van de hoeveelheid atmosferische kooldioxide.
Meer groen aan de pool…
De vijftien miljoen jaar durende CO2-hongersnood, die planten dwingt zo veel rubisco te maken, lijkt dankzij de mens nu eindelijk voorbij. Hierdoor schuift de vegetatiegrens steeds verder naar het noorden. Gebieden waar eerst toendra lag, veranderen nu in naaldwoud, terwijl de poolwoestijn in toendra verandert. Een steeds verder toenemende groene deken kruipt steeds verder noordwaarts over de poolcirkel. Dit is bijvoorbeeld ook de reden waarom de Russen zich helemaal geen zorgen maken over het broeikaseffect. Voor hen betekent een temperatuurstijging, dat een groot deel van het nu door permafrost en barre winters onleefbare Siberië een stuk aangenamer wordt en dat er een enorme landbouwoppervlakte bijkomt.
De hoogste boom in het grootste deel van Nunavut is de centimeters hoge kruipwilg, die zo overleeft onder het beschermende sneeuwdek.
Voor woestijnschildpadden is de verhoogde plantengroei in de woestijn goed nieuws. Bron: Wikimedia Commons
En in de woestijn
Ook woestijnplanten vallen in de prijzen. De hoeveelheid vegetatie in veel woestijngebieden blijkt namelijk flink toe te nemen. De reden: omdat er meer CO2 in de lucht zit, hoeven woestijnplanten hun huidmondjes, waardoor veel waterdamp weglekt, minder open te zetten om CO2 in te vangen en kunnen ze overleven, daar waar eerst dorre woestijn was. De gevolgen zijn dat er steeds meer CO2 wordt vastgelegd in de vegetatie en ook, dat een steeds groter deel van de aardoppervlakte bewoonbaar wordt. Naar schatting hebben deze effecten tot gevolg gehad dat de totale hoeveelheid bladerdek in poolwoestijnen en tropische woestijnen op het land met zo’n 11% is toegenomen. [1] Deze vegetatie zorgt ervoor dat er per saldo meer water verdampt en het klimaat vochtiger wordt. In de poolstreken absorbeert het donkere geboomte en toendrabegroeiing meer zonnestraling, waardoor de bodem warmer wordt en gastvrijer voor plantaardig leven. Het smelten van de permafrost betekent dat ook diepwortelende gewassen (zoals bomen) meer kansen krijgen en de bodem in de zomer minder moerassig wordt.
Onderlopen van kuststreken en aantasting zeeleven
In zee is het CO2 gehalte bepaald niet beperkend. Enkele procenten van het zeewater bestaan uit opgeloste carbonaten. Dit verklaart overigens ook waarom bepaalde soorten zeewier onder gunstige omstandigheden zo extreem snel kunnen groeien. Zeewier zal blijven gedijen in een verzuurde oceaan, maar voor schaal- en schelpdieren, koraal en micro-organismen met een kalkskelet zijn de gevolgen minder plezierig. Ook zal het onderlopen van vruchtbare kustvlaktes, zoals in Nederland, uiteraard het landbioom verkleinen, al lijken de netto gevolgen voor de hoeveelheid vegetatie op aarde positief.
Bronnen 1. Donohue, R. J., M. L. Roderick, T. R. McVicar, and G. D. Farquhar (2013), Impact of CO2 fertilization on maximum foliage cover across the globe’s warm, arid environments, Geophys. Res. Lett., 40, 3031–3035, doi:10.1002/grl.50563.
Erg slim zijn slijmzwammen niet. Ze bestaan uit een groep samenwerkende eencelligen, die in barre tijden één organisme vormen. Toch kunnen ze in onderstaande video een bizar kunststukje uitvoeren. De video is in het Duits, maar is goed verstaanbaar. De beelden spreken voor zich.
De slijmzwam bezuinigt alle paden weg die niet lijden tot de kortste weg tussen de twee voedselbronnen. Het resultaat is duidelijk zichtbaar aan het einde van het filmpje. Zouden dergelijke biologische conmputers ook om ons heen bestaan en wellicht een primitieve, uiterst trage, vorm van bewustzijn kennen?
Heb je genoeg van die ellenlange wachtlijsten voor een donororgaan, of wil je van die flaporen af? Of ben je toch eindelijk bezweken voor het spambombardement aan penis- of borstvergroters? De bioknutselaars van Biocurious Labs in Sunnyvale, California, hebben dé oplossing.
Wil je deze ultracoole gadget zelf bouwen, en bijvoorbeeld de neus van Cleopatra cadeau doen aan je geliefde voor haar verjaardag, of je hond voorzien van een tweede staart, dan volgt hieronder de handleiding op Instructables.com. Zoals altijd kunnen wij geen verantwoordelijkheid nemen voor misbruik van techniek.
Een mooie documentaire over misschien wel de leukste uitvinding van moeder natuur: seks.
https://www.youtube.com/watch?v=P92FPRS8z8I
From the sea horse that mates in an hypnotic underwater ballet to the rodent who copulates until he literally drops dead, THE NATURE OF SEX spans the globe to illustrate how an astonishing diversity of life forms find their mates and conceive, raise, and protect their offspring.
This Web companion to the four-part series takes a close look at the primal instinct that causes animals to come together in order to pass along their genes to the next generation. We also examine how timing can be key in the mating process, and how varied sex contracts create not only new life, but diversity, in both animals and humans.
Een korte documentaire over angst, de functie ervan en de consequenties van angst in onze moderne maatschappij.
Fear is apparently a universal emotion; all persons, consciously or unconsciously, have fear in some sort.
In short, fear is the ability to recognize danger leading to an urge to confront it or flee from it.
Very few people understand the programming of fear, and why it distorts our perceptions.
While fear is a program used for our survival, fear also creates irrational beliefs that cause larger systems of fear like politics, religion and the media.
A Virus Called Fear is short film about the conditioning of fear, and what irrational fears can lead to. Written and directed by Ben Fama Jr.
Paprikazaden ontkiemen sneller en lopen sneller uit in de buurt van een volwassen venkelplant, ook als deze luchtdicht en lichtdicht afgeschermd is van de zaden. Door welke onbekende invloed communiceren de planten met elkaar?
De groene oorlog
Planten lijken voor een leek onschuldige, vreedzaam samenlevende schepsels, maar schijn bedriegt. Tussen planten bestaat er moordende concurrentie om licht, water en voedingsstoffen. Veel plantensoorten nemen dan ook hun toevlucht tot methoden als vergiftiging, verstikking of het roven van voedingsstoffen door parasitisme (de beruchte tropische graanparasiet Striga en de familie Orobanche, die zich ook op andere soorten richt). De venkelplant, bij ons bekend als groente en kruiderij, beschikt ook over een uitgebreid arsenaal aan biologische herbiciden om concurrerende planten uit te schakelen. Zelfs de geur van een venkelplant remt al de groei van omringende planten, waardoor tuiniers deze plant gescheiden van andere planten kweken.
Het is al langer bekend dat ook licht, afkomstig van andere planten, in staat is plantengroei te beïnvloeden. Zo gaan planten in dit geval sneller de hoogte in: de beste strategie om beschaduwing te voorkomen. Zaden in de buurt van een volwassen plant blijven juist sluimeren. Uit gaan lopen zou zelfmoord betekenen.
De proefopstelling, onder een vacuümgezogen dubbelwandige acrylglazen stolp. Op welke mysterieuze wijze beïnvloedt de venkel de zaden? Bron: artikel
Geluidsdicht experiment
In een reeks experimenten met venkelplanten (Foeniculum vulgare, bekend van venkelzaad en de groente knolvenkel) en ontkiemende paprikazaden (Capsicum annuum) toonde de Australische onderzoekster Monica Gagliano met vier collega’s aan dat planten met elkaar kunnen communiceren op een manier, anders dan door chemische stoffen of licht. In de reeks experimenten plaatste de groep-Gagliano acht petrischaaltjes met paprikazaailingen (zie afbeelding, links) rondom een luchtdichte stolp, waarin een volwassen venkelplant was opgesteld (zie afbeelding, rechts). De gehele opstelling werd in een dubbele stolp, waartussen 5 cm vacuüm aanwezig was, ondergebracht zodat geen geluiden uit de omgeving de planten konden bereiken. Zie afbeelding. Details zijn in het (vrij toegankelijke) bronartikel te vinden.
Om de aard van de wisselwerking tussen venkel en paprikazaden op te helderen voerden de onderzoekers vier ‘behandelingen’ in. In één behandeling werd er geen kap over de venkelplant geplaatst, waardoor de chemicaliën van de venkel ongehinderd de zaden konden bereiken (door de onderzoekers ‘atmosferisch effect’ gedoopt). In de tweede behandeling werd er een doorzichtige acrylglazen kap geplaatst die alleen zichtbaar licht doorlaat (waarvan 92% door werd gelaten) over de venkelplant geplaatst. In de derde behandeling werd deze kap afgedekt met zwart lichtdicht plastic om het ‘lichteffect’ te elimineren. In de vierde en laatste behandeling werd de binnenste kap eveneens afgedekt met het zwarte lichtdichte plastic, maar werd de venkelplant weggelaten (‘andere effect’). Dit om effecten door het zwarte plastic (‘maskereffect’) uit te sluiten.
Onbekende invloed
De resultaten van de proef bleken opmerkelijk. De vluchtige chemische stoffen die de venkelplant uitscheidt, blijken, zoals verwacht, inderdaad een remmend effect te hebben op de kieming van de zaden. Ook de aanwezigheid van het zwarte plastic blijkt de kieming af te laten nemen. Het lichteffect bleek geheel niet significant. Dit alles is in de bestaande theorieën in te passen.
Opmerkelijk is echter dat louter de aanwezigheid van de venkelplant zowel de kieming als de groei van de zaailingen sterk bevordert. Zelfs als de venkelplant zich luchtdicht en lichtdicht afgesloten onder de kap bevindt, m.a.w. geen atmosferisch effect, maskereffect en lichteffect dus, bleek de aanwezigheid van de venkelplant nog een (met een p-waarde [overschrijdingskans] van 0,0086 zelfs behoorlijk significante) invloed te hebben op kieming en groei. Dit getal wil zeggen dat de kans minder dan 1% is dat de metingen het gevolg zijn van toeval.
Kunstenaar Luke Jerram liet de zwakke geluiden van planten versterkt horen in dit spookachtige kunstproject.
Communicatie door geluid?
De op het eerste gezicht meest voor de hand liggende verklaring is dat het mysterieuze effect het gevolg is van geluid. De sapstromen in planten veroorzaken zwakke geluiden. De onderzoekers veronderstellen dat de (zeer zwakke) borrelende geluiden in het floeem- en xyleemvatenstelsel van de venkel op de een of andere manier worden opgevangen door de paprikazaden. Inderdaad zijn gevallen bekend waarbij de frequentie van het ultrageluid, veroorzaakt door vleugels van bijen of andere bestuivende insekten, planten aanzet tot het loslaten van wolken stuifmeel en zijn effecten van muziek op plantengroei gemeten, onder meer rond 1900 door de geniale Indiase natuurkundige Jagadish Chandra Bose. Ultrageluid bevordert de groei soms wel tot 87%. Daar staat tegenover dat de door planten geproduceerde geluiden heel zwak zijn, ver onder het bereik waarmee getest is. Zo kunnen mensen ze niet horen, wat een geluid onder de 0 dB betekent.
Andere verklaring?
Stel dat geluid niet de verklaring is, wat in een vervolgexperiment vrij gemakkelijk vast te stellen zou zijn door de venkelplant in een geluidsdichte vacuüm dubbele stolp te plaatsen, of de geluiden van de plant op te nemen en binnen de binnenste kolf af te spelen. Merkwaardig genoeg is dit voor de hand liggende experiment niet uitgevoerd (uit verdere publicaties blijkt dat Gagliano zich focust op geluid als verklaring). Als de onbekende invloed dan nog steeds optreedt, zou sprake zijn van een niet met de bekende natuurkunde te verklaren invloed, uiteraard een zeer fascinerende ontdekking. Een mogelijkheid is dan aan te nemen dat er sprake is van vormen van kwantumverstrengeling tussen de zaadjes en de volwassen venkelplant. We komen hier op grenswetenschappelijk terrein, al zijn er enkele gevallen van kwantumverstrengeling in levende organismen ontdekt. Een andere mogelijkheid is dat de (nog meer omstreden) biofotonen toch er in zouden slagen op de een of andere manier door het zwarte plastic heen te dringen. Hierbij moet je bedenken dat er volgens de kwantummechanica niet zoiets bestaat als een absoluut lichtdicht materiaal, een supergeleider uitgezonderd. Mogelijk dat een zeer zwakke stralingsflux toch een signaal door kan geven.
Of, waar door de experimentatoren, geen fysici, niet aan is gedacht, dat licht weerkaatst via de bovenkant van het acrylglas van de buitenste twee afgedekte glazen containers. Dit is mogelijk voldoende om een zwak signaal door te geven aan de planten.
Een generatie geleden kostte je het als bioloog je carrière als je het ook maar durfde te suggereren, denk aan het geval-Popp die als grenswetenschapper verder moest, maar nu gaan steeds meer onderzoekers om. Cellen baden in zeer zwak licht. Vormt licht een sleutel voor het geheim van het leven?
Popp maakte deze opname van biofotonen. Hij en zijn groep geloven dat een hoog-geordend proces biofotonen opwekt.
De raadselachtige biofotonen
Tot nu toe is het hoe en waarom van biofotonen een knagend raadsel. Biofotonen zijn lichtdeeltjes met een energie in het zichtbare of ultraviolette deel van het spectrum die door levende cellen worden afgegeven (niet te verwarren met bioluminescentie door speciale lichtgevende eiwitten in onder meer bepaalde bacteriën).
Controversiële theorie
Tot nu toe is nog onduidelijk hoe biofotonen precies vrijkomen, maar onderzoekers denken nu op het spoor te zijn. De verklaring volgens hen: bij verschillende biochemische processen komt energie vrij die als een zogeheten exciton, een trilling, naar het celoppervlak wordt geleid en daar als licht vrijkomt. Het lijkt er op dat onze cellen in een zeer zwak licht baden: enkele tientallen per seconde per vierkante centimeter in een weefselkweek. Niet erg veel als je dit afzet tegen de hoeveelheid cellen in een vierkante centimeter doorsnede: vele miljoenen en het duizenden malen grotere aantal fotonen in strooilicht. Kortom: het idee dat celcommunicatie via licht plaatsvindt is op zijn zachtst gezegd nogal controversieel.
Regelmatige signalen
Nieuw bewijs lijkt de verguisde, vroege pioniers van biofotonica nu toch gelijk te geven. Sergei Mayburov van het Lebedev Instituut voor Natuurkunde in Moskou bracht vele uren in het lab door waarbij hij in het donker de patronen met biofotonen vastlegde die visseneieren bij deling uitzenden. Hij probeerde vast te stellen of er een regelmatige structuur is te vinden in de stroom van fotonen. Deze blijkt er te zijn.
Pulscommunicatie tussen cellen?
De biofotonsignalen die Mayburov vastlegde, bestaan uit korte quasiperiodieke uitbarstingen. Deze lijken veel weg te hebben van de signalen die technici gebruiken om binaire data over een kanaal vol met ruis te sturen, wat verklaart waarom cellen deze zeer zwakke signalen in een omgeving vol stoorlicht toch kunnen waarnemen.
‘Aura’s bestaan’
Kloppen deze waarnemingen, dan kan dit een aantal uiterst hardnekkige raadsels oplossen. Zo lijken biofotonen van een groeiende plant de celdelingssnelheid in andere planten met dertig procent toe te laten nemen. Deze verhoging in groeisnelheid is veel hoger dan met normaal licht te bereiken is. Uit andere experimenten blijkt een vergelijkbaar effect op te treden bij zich ontwikkelende eieren: biofotonen van zich ontwikkelende eieren blijken andere eieren in een vergelijkbaar ontwikkelingsstadium te stimuleren. Dit effect heeft ook een keerzijde. Biofotonen van eieren in een later ontwikkelingsstadium blijken de ontwikkeling van jongere eieren af te remmen of zelfs helemaal stil te leggen. Meer informatie in [2].
Nog veel openstaande vragen
Nu we weten dat biofotonen inderdaad een plausibel mechanisme vormen om signalen over te dragen,weten we nog steeds niet hoe dit mechanisme precies werkt. Het zenden is duidelijk, maar hoe gaat de ontvangst in zijn werk en hoe beïnvloedt deze de levensprocessen? Het evolutionaire voordeel lijkt duidelijk. Hiermee worden groeiprocessen geharmoniseerd en gecoördineerd, waardoor het organisme optimaal groeit.
Consequenties van deze ontdekking Het zou heel goed kunnen dat alle leven zoals we dat kennen door een web van biofotonische communicatie is verbonden. Dit zou een compleet nieuwe onderzoeksrichting vormen.
Eerder als kwakzalverij afgedane alternatieve behandelswijzen die lichaamscontact of contact tussen patiënt en levend dier of plant inhouden, kunnen niet meer zonder meer als onzin afgedaan worden. Er is nu namelijk een valide fysisch mechanisme bekend waardoor deze alternatieve behandelingen kunnen werken. Grondig empirisch onderzoek moet hier kaf van het koren scheiden.
Als we de code van biofotonen kunnen kraken, zouden we hiermee mogelijk de groei van kankergezwellen kunnen stoppen of de groei van landbouwgewassen of celdeling in een beschadigd deel van het lichaam kunnen versterken.
Rond de 4 miljard jaar geleden maakte het leven een enorme verandering door. De meeste genetici zijn het er over eens dat het leven begon met een soep van RNA. RNA is alleen niet erg stabiel, het valt in enkele etmalen uit elkaar, waardoor leven op basis van DNA een grote voorsprong heeft. De overgang van RNA naar DNA is echter nogal ingrijpend: beide nucleïnezuren kunnen niet rechtstreeks in elkaar vertaald worden. Nu, voor het eerst, hebben biologen een glimp opgevangen van hoe dit precies plaatsvond. Sterker nog: het proces dat toen plaatsvond, blijkt ook nu nog af en toe plaats te vinden.
Stond een retrovirus, de groep waartoe ook dit HIV virus behoort, aan de wieg van het DNA-gebaseerd leven?
Het DNA vertaalprobleem
Omdat RNA niet rechtstreeks in DNA kan worden vertaald, is er duidelijk een fundamenteel probleem voor organismen die van RNA op DNA willen overstappen. Al hun genetische informatie die in RNA is opgeslagen, is niet toegankelijk voor op DNA gebaseerd leven. Nu, voor het eerst, laat een opmerkelijk hybride RNA-DNA virus zien hoe dit proces plaats kan hebben gevonden. Ken Stedman, van Portland State University in Oregon, ontdekte het bij toeval toen hij de eencelligen bestudeerde die in een heet, zuur meertje in het Lassen Volcanic National Park. Hij filterde alle deeltjes ter grootte van een virus uit het water en bracht ongeveer 400 000 stukjes viraal DNA in kaart om te controleren wat zich daarin precies bevond.
RNA-gen in DNA
Hij trof iets zeer vreemds aan: een gen, in DNA-vorm, dat als twee druppels water leek op een gen voor een eiwitjas zoals dat in een RNA virus voorkomt. beschikken over het enzym RNA transcriptase, dat RNA ‘vertaalt’ in DNA, maar dit gen kwam niet van een retrovirus. Hoe was het gen van RNA naar DNA gesprongen? Stedmans student Geoff Diemer’s interesse werd gewekt en hij produceerde een volledige sequentie van het genoom van het vreemde virus. Naast het uit RNA afkomstige gen bleek het ook een gen voor DNA replicatie te bevatten, wat kenmerkend is voor een DNA virus.
Geen incident
RNA- en DNA-virussen zijn radicaal verschillend en hebben zich vermoedelijk al miljarden jaren geleden gesplitst. Een bizarre ontdekking dus. Stedman dacht dat ze een fout hadden gemaakt, maar een tweede sample gaf precies hetzelfde resultaat. Om uit te vinden of het hier om een eenmalige gebeurtenis ging, checkten Stedman en Diemer databases met viraal DNA. Ze ontdekten dat iets gelijksoortigs plaats had gevonden in meerdere monsters oceaanwater. Klaarblijkelijk kwamen de hybride virussen op meerdere plekken voor. Deze ontdekking bewijst dat moderne virussen informatie kunnen combineren van de twee normaliter gescheiden genetische moleculen. Ook ondersteunt dit het idee dat het virussen waren die de overgang van RNA naar DNA mogelijk maakten.
Triootje van virussen
Stedmans en Diemers hybride virus is geen levend fossiel. De genen lijken sterk op de genen zoals deze in moderne RNA- en DNA-virussen voorkomen en volgens het team heeft de hybridisatie de afgelopen tien miljoen jaar plaatsgevonden. Welk proces was hier verantwoordelijk voor? Stedman vermoedt dat het virus zich gevormd heeft toen een DNA-virus, een RNA-virus en een retrovirus tegelijkertijd dezelfde cel infecteerden. Deze toevallige gebeurtenis kan er toe geleid hebben dat het reverse transcriptase enzym van het retrovirus per ongeluk een DNA-kopie maakte van een gen van het RNA-virus, waarna dit DNA-gen werd ingebouwd in het genoom van het DNA virus en de bizarre hybride ontstond. Al eerder werd gesuggereerd dat dergelijke virale superhybriden zich kondn vormen, maar Stedmans onderzoek is het eerte dat het mechanisme ook daadwerkelijk aantoont.
Zorgde een virus voor DNA?
Ongeveer vier miljard jaar geleden moet een vergelijkbaar proces plaats hebben gevonden, vermoeden collega’s. Virussen trekken zich weinig aan van soortgrenzen en zullen vermoedelijk met hun RNA transcriptase RNA-genen in DNA hebben vertaald.
De situatie vier miljard jaar geleden verschilde vermoedelijk echter nogal van de situatie nu. Anno 2012 dupliceren virussen zich alleen binnen cellen. Vermoedelijk bestonden er in die tijd geen afzonderlijke cellen zoals we die nu kennen. Toch bewijst het ontdekte mechanisme dat het mogelijk is om informatie van de RNA-wereld naar de DNA wereld over te hevelen. Iets dergelijks kan ook zijn gebeurd bij de overgang van RNA naar DNA gebaseerd leven.
