Het leven begon wellicht een stuk rommeliger dan gedacht.

Miljarden jaren geleden zagen de eerste levensvormen op aarde – zichzelf replicerende moleculen – het levenslicht. Over de vraag hoe deze eerste levensvormen chemisch gezien precies in elkaar staken, is al veel gediscussieerd. Lang werd aangenomen dat ze gebaseerd waren op RNA en dat DNA pas later ontstond (en een product was van de op RNA gebaseerde levensvormen). Maar de laatste jaren is deze zogenoemde RNA Wereld-hypothese herhaaldelijk in twijfel getrokken en hebben onderzoekers ook wel geopperd dat DNA en RNA gelijktijdig ontstonden en de eerste levensvormen gebaseerd waren op een mengsel van die twee.

Diamidofosfaat
Een nieuw onderzoek onderschrijft die laatstgenoemde aanname. In de studie tonen onderzoekers namelijk aan dat een vrij eenvoudig stofje – diamidofosfaat of DAP – dat waarschijnlijk al op aarde aanwezig was vóór het leven ontstond – bouwblokken van DNA aan elkaar geknoopt kan hebben, waardoor strengen ‘oer-DNA’ ontstonden.


“Dit onderzoek – in combinatie met enkele eerdere studies – laat zien dat DNA tegelijkertijd met RNA gevormd kan zijn en trekt de RNA Wereld-hypothese – die veronderstelt dat alleen RNA in een prebiotische omgeving kan ontstaan en functioneren – in twijfel,” concludeert onderzoeker Ramanarayanan Krishnamurthy, in gesprek met Scientias.nl.

Te plakkerig
Het is niet voor het eerst dat Krishnamurthy zijn twijfels omtrent de RNA Wereld-hypothese uit. Eerder stelde hij al dat het eerste RNA-moleculen mogelijk te ‘plakkerig’ waren om zichzelf te vermenigvuldigen (zie kader).

Een streng RNA kan bouwblokken van RNA aantrekken die aan de streng blijven plakken en – doordat ze zich vastklampen aan vergelijkbare bouwblokken in deze oorspronkelijke streng – een soort gespiegelde versie van die streng vormen. Als deze gespiegelde versie van de oorspronkelijke streng zich vervolgens ook los zou maken van de oorspronkelijke streng en weer RNA-bouwblokken aan zou trekken en dus nieuwe RNA-strengen zou voortbrengen, is er sprake van de zelfreplicatie die aan het leven ten grondslag ligt. Maar – en nu komt het – een streng RNA is weliswaar heel goed in staat om bouwblokken van RNA aan te trekken en nieuwe strengen te vormen, maar oorspronkelijk heel slecht in staat om die nieuwe strengen vervolgens ook los te laten. Moderne organismen hebben daar wat op gevonden: zij maken enzymen aan die twee aan elkaar gekoppelde strengen RNA of DNA dwingen om elk huns weegs te gaan. Maar het is onduidelijk hoe dat precies gegaan zou moeten zijn in een RNA-wereld waarin enzymen nog niet bestonden.

Dat plakkerige karakter van RNA-moleculen verdwijnt echter als sneeuw voor de zon als we ons moleculaire strengen voorstellen die deels uit DNA en deels uit RNA bestaan. Een scenario dat door het nieuwste onderzoek van Krishnamurthy en collega’s een stuk aannemelijker wordt, omdat het stelt dat DNA gelijktijdig met RNA kan zijn ontstaan.


DAP
Een sleutelrol is daarbij dus weggelegd voor diamidofosfaat, oftewel DAP. “Een simpel molecuul dat beschikbaar was op de jonge aarde,” aldus Krishnamurthy. In 2017 stelde Krishnamurthy al dat diamidofosfaat een belangrijke rol kan hebben gespeeld in het aanpassen van en aan elkaar rijgen van ribonucleosiden, waardoor de eerste RNA-strengen ontstonden. Het nieuwe onderzoek laat zien dat het stofje onder dezelfde omstandigheden ook DNA-strengen kan hebben gevormd.

Het idee dat de eerste levensvormen gebaseerd kunnen zijn geweest op RNA én DNA veronderstelt een wat ‘rommeliger’ begin van het leven op aarde dan de RNA Wereld-hypothese waarin de eerste levensvormen gebaseerd waren op RNA en DNA pas later ontstond. “De ontdekking dat mengsels van RNA en DNA in sommige opzichten – bijvoorbeeld als het gaat om replicatie in afwezigheid van enzymen – beter functioneren dan puur RNA of puur DNA suggereert dat een prebiotische, rommelige chemische ‘soep’ bepaalde voordelen kan hebben gehad,” aldus Krishnamurthy. Of het ook echt allemaal zo gegaan is, is natuurlijk lastig te achterhalen. Maar met laboratoriumonderzoek kan het door Krishnamurthy geschetste scenario wel nader onderzocht worden en bijvoorbeeld onthuld worden of een mengsel van RNA en DNA zich kan repliceren en vervolgens ook kan evolueren.