Wetenschappers hebben lang gedebatteerd welke genetische informatiedrager - DNA of RNA - het leven op aarde begon, maar een nieuwe studie suggereert dat het leven met een beetje van beide had kunnen beginnen. Het onderzoek, geleid door wetenschappers van het Medical Research Council (MRC) Laboratory of Molecular Biology (LMB), in Cambridge, laat voor het eerst zien hoe sommige bouwstenen van zowel DNA als RNA zich spontaan hebben gevormd en naast elkaar hebben kunnen bestaan ​​in de 'oersoep' op aarde.

Het werk daagt een van de leidende hypothesen voor de komst van het leven uit - de 'RNA-wereld'-theorie, die ontstond in de jaren 60 en brede acceptatie heeft gekregen.

Vandaag, alle bekende levende organismen gebruiken dezelfde genetische moleculen, nucleïnezuren genaamd, om informatie op te slaan. Er zijn twee soorten nucleïnezuren:DNA en RNA. DNA codeert voor instructies in genen. Genen worden omgezet in berichten met behulp van RNA, die instructies bevat om eiwitten te maken. Eiwitten kunnen structuren maken en fungeren als moleculaire machines.

In de theorie van de 'RNA-wereld', het leven begon met RNA-moleculen, die zowel instructies kan opslaan als kan fungeren als een bescheiden machine, waardoor ze mogelijk zichzelf kunnen repliceren. Het stelt voor dat door evolutie, leven in de RNA-wereld maakte plaats voor het tijdperk van DNA en eiwitten, omdat DNA stabieler en duurzamer is dan RNA.

In de huidige studie, gepubliceerd in Natuur , de onderzoekers simuleerden de omstandigheden op een oer-rotsachtige aarde met ondiepe vijvers in het laboratorium. Ze losten chemicaliën op die RNA vormen in water, droogde ze vervolgens uit en verwarmde ze, vervolgens simuleerden ze de vroege zonnestralen door ze bloot te stellen aan UV-straling.

In deze recreatie van vroege aardse geochemie, tussenproducten in de synthese van twee van de bouwstenen van RNA werden tegelijkertijd ook omgezet in twee van de bouwstenen van DNA.

Het is de eerste demonstratie dat redelijke hoeveelheden van een genetisch alfabet bestaande uit vier bouwstenen, twee voor RNA en twee voor DNA - mogelijk voldoende om het vroege leven te coderen, die veel minder complex was dan het leven van vandaag - was mogelijk beschikbaar op de oeraarde.

Professor John Sutherland van het MRC Laboratory of Molecular Biology, wie leidde het werk, zegt:"De RNA-wereldhypothese suggereert dat het leven begon met RNA, voordat er een genetische overname plaatsvond waarbij primitieve biosynthetische machines en natuurlijke selectie betrokken waren om in DNA te resulteren."

"Ons werk suggereert dat er in omstandigheden die consistent zijn met ondiepe oervijvers en beekjes een gemengd genetisch systeem was met RNA- en DNA-bouwstenen die naast elkaar bestonden aan het begin van het leven. Dit vervult wat veel mensen denken dat een belangrijke voorwaarde is voor de spontane opkomst van leven op aarde."

De experimenten van het team om vroege geochemie van de aarde te simuleren, toonden aan dat vier van de bouwstenen voor DNA en RNA kunnen voortkomen uit dezelfde reagentia en omstandigheden. Ze produceerden cytidine en uridine, twee van de bouwstenen van RNA, en deoxyadenosine, dat is een van die van DNA. Deoxyadenosine werd gedeeltelijk omgezet in deoxyinosine, die de rol kan spelen van een andere DNA-bouwsteen.

Ze geloven dat deze vier bouwstenen mogelijk naast elkaar hebben bestaan ​​voordat het leven zich ontwikkelde en het begin waren van een primitief genetisch alfabet.

Professor Sutherland voegt toe:"De nucleïnezuren, RNA en DNA, zijn duidelijk verwant en dit werk suggereert dat ze beide voortkomen uit een hybride voorouder, in plaats van dat de een aan de ander voorafgaat."

"Omdat genetische informatie altijd van nucleïnezuren naar eiwitten stroomt, en nooit omgekeerd - een principe dat door Francis Crick het 'centrale dogma' van de moleculaire biologie wordt genoemd - moeten we nu ontdekken hoe de informatie die door deze nucleïnezuren kan worden opgeslagen en geleverd, eerst gebruikt had kunnen worden om eiwitten te maken."

Het begrijpen van de chemische oorsprong van het leven is een fundamenteel aspect van de natuurwetenschap, en kan het ontwerp van toekomstige synthetische biologie informeren.

Dr. Megan Dowie, hoofd van de moleculaire en cellulaire geneeskunde bij de MRC merkte op:"Deze studie toont aan dat onderzoek naar blauwe luchten fascinerende inzichten kan onthullen over hoe het allereerste begin van het leven kan zijn ontstaan, en toont het belang aan van het ondersteunen van fundamenteel onderzoek. Deze onderliggende ontdekkingen in de biowetenschappen kunnen opwindende toekomstige strategieën voor kunstmatige biologie mogelijk maken."