Complex leven, zoals we het kennen, helemaal bij toeval begonnen, met kleine strengen moleculen die met elkaar verbonden zijn, wat hen uiteindelijk de mogelijkheid zou hebben gegeven om zichzelf te repliceren.

In deze wereld, miljarden jaren geleden, er bestond niets dat we vandaag als levend zouden herkennen. De wereld bevatte alleen levenloze moleculen die spontaan werden gevormd door de natuurlijke chemische en fysieke processen op aarde.

Echter, het moment dat kleine moleculen zich verbonden en grotere moleculen vormden met het vermogen om zichzelf te repliceren, het leven begon te evolueren.

"Het leven was een toevallige gebeurtenis, daar bestaat geen twijfel over, " zegt Dr Pierre Durand van het Evolution of Complexity Laboratory in het Evolutionary Studies Institute van Wits University, die een project leidde om erachter te komen hoe deze moleculen precies met elkaar verbonden waren. Hun resultaten worden vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Royal Society Open Science , in een paper getiteld "Molecular trade-offs in RNA ligases beïnvloedde de modulaire opkomst van complexe ribozymen aan de oorsprong van het leven".

Zeer eenvoudige ribonucleïnezuur (RNA) -moleculen (verbindingen vergelijkbaar met deoxyribonucleïnezuur (DNA)) kunnen andere RNA-moleculen aan zichzelf koppelen via een chemische reactie die ligatie wordt genoemd. Het willekeurig samenvoegen van verschillende stukjes of RNA kan leiden tot een groep moleculen die kopieën van zichzelf kunnen maken en zo het levensproces op gang kunnen brengen.

Terwijl het proces dat uiteindelijk leidde tot de evolutie van het leven over een lange periode plaatsvond, en omvatte een aantal stappen, Wits-promovendus Nisha Dhar en Durand hebben ontdekt hoe een van deze cruciale stappen heeft kunnen plaatsvinden.

Ze hebben aangetoond hoe kleine niet-levende moleculen aanleiding kunnen hebben gegeven tot grotere moleculen die zichzelf konden reproduceren. Dit pad naar zelfreplicerende moleculen was een belangrijke gebeurtenis voor het leven.

"Er moest iets gebeuren om deze kleine moleculen te laten interageren en langer te vormen, complexere moleculen en dat gebeurde volledig bij toeval, ' zegt Durand.

Deze kleinere RNA-moleculen hadden een enzymactiviteit die ligatie mogelijk maakte, die, op hun beurt konden ze zich verbinden met andere kleine moleculen en zo grotere moleculen vormen.

"De kleine moleculen zijn erg promiscue en kunnen andere stukjes aan zichzelf koppelen. Wat interessant was, was dat deze kleinere moleculen kleiner waren dan we aanvankelijk hadden gedacht, ' zegt Durand.

Het kleinste molecuul dat zelfligatie-activiteit vertoonde, was een RNA van 40 nucleotiden. Het vertoonde ook de grootste functionele flexibiliteit omdat het algemener was in de soorten substraten die het aan zichzelf bond, hoewel de katalytische efficiëntie het laagst was.

"Er moest iets gebeuren om moleculen te laten reproduceren, en daarmee het leven te beginnen zoals wij het kennen. Dat iets de eenvoudige ligatie van een set kleine moleculen bleek te zijn, miljarden jaren geleden, ' zegt Durand.