Hoofdstuk 1: De oorsprong van het leven
De diversificatie van het leven op aarde begon meer dan 3.8 miljard jaar geleden. Geologische gebeurtenissen die
omgevingen veranderen hebben ook de biologische evolutie beïnvloed. Bijvoorbeeld, de vorming en het
daaropvolgende uiteenvallen van het supercontinent Pangea heeft een onnoemelijke impact gehad op de diversiteit
van het leven.
Omgekeerd heeft het leven, de planeet die het bewoont veranderd. De evolutie van fotosynthetische organismen die
zuurstof afgeven in de lucht heeft een enorme impact gehad op de atmosfeer van de Aarde. Recenter heeft de
opkomst van Homo sapiens het land, het water en de lucht veranderd op een niveau en aan een snelheid nooit eerder
gezien voor een soort.
A. Inleiding tot de geschiedenis van het leven
Men kan de chronologie van de grootste episoden die het leven vormden beschouwen als een fylogenetische boom.
Aanvullend kunnen deze episoden ook gezien worden met een klokanalogie.
Analogie volgens uurwerk voor aanduiding mijlpalen in evolutionaire geschiedenis.
Vulkanische activiteit en bliksems bij het
ontstaan van het eiland “Surtsey” nabij
IJsland
1. Leven op aarde ontstond 3,5 - 4 miljard jaar geleden
Enkele belangrijke episoden in de evolutie van levende organismen EXAMEN!
…door een toevallige samenloop van energie en
daarbij chemische bestanddelen.
Tijdens het eerste drie kwart van de evolutionaire
geschiedenis waren de enige Aardse organismen
microscopisch en meestal unicellulair. De Aarde werd
ongeveer 4.5 miljard jaar geleden gevormd, maar
overgebleven rotsstukken van het ontstaan van ons
zonnestelsel bombardeerden de oppervlakte tijdens
de eerste paar 100 miljoen jaren, wat het overleven
van leven onwaarschijnlijk maakte. Het leven begon
misschien al 3.9 miljard Jaar geleden toen de Aarde
begon af te koelen naar een temperatuur waarbij
vloeibaar water kon bestaan.
1
,2. Prokaryoten domineerden de evolutionaire geschiedenis van 3,5 - 2,0 miljard jaar geleden.
De fossiele overblijfselen ondersteunen de hypothese dat de vroegste organismen prokaryoten waren.
Relatief vroeg divergeerden de prokaryoten zich in twee evolutionaire hoofdtakken, de Bacteria (“gewone
bacteriën”) en de Archaea (“oer bacteriën”). Bestaan nu nog. (bv. 1cellige zoals ameuben, bacteriën en gist. 1cellige
kunnen in water leven.)
De twee groepen vormen samen weliswaar de informele groep van de prokaryoten, eencelligen met een
vergelijkbaar ontwikkelingsniveau, maar in de taxonomie vormen de Archaea een afzonderlijk domein, naast het
domein van de Bacteria.
Archaea zijn extremofiel: het zijn organismen die in bijzonder onherbergzame omgevingen kunnen leven. De
meeste archaea komen echter ook voor in meer gematigde habitats, zoals in oceanen en bodems.
Twee rijke bronnen voor vroege prokaryote fossielen zijn de stromatolieten* (gefossiliseerde microbiële lagen) en
sedimenten van oude hydrothermale schouwen. Dit toont aan dat het metabolisme van prokaryoten 3 miljard jaar
geleden reeds divers was.
Stromatolieten zijn sedimentaire gesteentes van biologische oorsprong. Ze ontstaan doordat, als gevolg van de
groei en de stofwisseling van micro-organismen onder water, sedimentdeeltjes verstrikt en gebonden raken of
doordat opgeloste stoffen neerslaan.
Hydrothermale schouw is een spleet of scheur in de korst van een planeet, waaruit hydrothermale vloeistoffen
naar buiten komen.
Prokaryoten zijn eencellige organismen zonder de compartimentering van de cel, zoals deze voorkomt bij Eukaryoten.
Ze hebben geen kern en DNA ligt open in de cel / los in cytoplasma ligt. Deze kunnen al dan niet bewegen door een
zweepstaart.
Prokaryoten hebben in evolutie een groot proces ontwikkeld. Evolutie is ontstaan door een groep prokaryoten die
zich delen en die een organisme vormen. Wanneer zij delen krijg je lange kettingen van organismen en krijg je
complexere organismen.
Vroege (links) en huidige (rechts) prokaryoten
Gefossileerde filamenteuze bacterie Levende Leptolyngbya bacterie
2
,3. Zuurstof begon te accumuleren in de atmosfeer ca. 2,7 miljard jaar geleden.
Waarschijnlijk evolueerde fotosynthese zeer vroeg in de prokaryotische geschiedenis. (Het metabolisme van de
vroege versies van fotosynthese splijtte geen water en maakte geen zuurstof vrij.)
Cyanobacteria, fotosynthetische organismen die water splijten en O 2 produceren als een bijproduct, evolueerden
zo'n 2.7 miljard jaar geleden. Deze vroege zuurstof reageerde initieel met opgelost ijzer om het bezinksel ijzeroxide te
vormen. Dit kan vandaag nog gezien worden in banden van ijzerhoudende formaties. Omstreeks 2.7 miljard jaar
geleden begon zuurstof te accumuleren in de atmosfeer en aardse rotsen met ijzer te oxideren.
Terwijl de zuurstofaccumulatie gradueel was tussen 2.7 en 2.2 miljard jaar geleden, steeg deze kort nadien tot 10%
van de huidige waarden. Deze aantasting door O2 heeft een enorme impact gehad op het leven, wat de ondergang
van veel prokaryote groepen betekende. Sommige soorten overleefden in habitatten die anaeroob bleven.
Andere soorten ontwikkelden mechanismen voor het gebruik van O2 in cellulaire respiratie, dewelke zuurstof
gebruiken als hulpmiddel voor het “verbranden” van energie die in organische moleculen opgeslagen is.
Belangrijkste stap van 1cellige naar verdere ontwikkeling door zuurstof (in ondergrond).
Ontdekt door oxidatie: waterstof in combinatie met zuurstof geeft roest. Ook ijzer in combinatie met zuurstof geeft
roest. Op het moment dat er ijzermoleculen waren is zuurstof ontstaan. Teruggevonden in fossiele lagen. Zuurstof,
chemische stoffen, water en 1cellige waren aanwezig => ontwikkelingsproces.
Bacteriële matten en stromatolieten Filamenteuze cyanobacteria van het “ Bitter Springs Chert”
4. Eukaryotisch leven begon ca. 2,1 miljard jaar geleden.
Eukaryote cellen zijn over het algemeen groter en complexer dan prokaryote cellen. Deels is dit te wijten aan de
zichtbare aanwezigheid van afstammingen van "endosymbiotische prokaryoten" die naar mitochondria en
chloroplasten evolueerden. De eerste duidelijke eukaryoten verschenen ongeveer 2.1 miljard jaar geleden.
DNA bewijs plaatst de oorsprong van eukaryoten omstreeks 2.7 miljard jaar geleden.
Dit plaatst de eerste eukaryoten in dezelfde periode als de zuurstofomwenteling die de Aardse omgeving zo
drastisch veranderde. De evolutie van chloroplasten kan een deel van deze temporele correlatie verklaren.*
**Andere eukaryote organellen, de mitochondria, zetten het accumulerende O2 om naar hun metabolisch voordeel
door cellulaire respiratie (= zuurstof gebruiken als hulpmiddel voor het “verbranden” van energie die in organische
moleculen opgeslagen is).
Herkomst van mitochondria en chloroplasten in eukaryote cellen door endosymbiose: organellen bij eukaryoten
(zoals planten, schimmels en dieren) stammen af van cellen opgenomen prokaryoten als endosymbionten. Ook
verklaart de endosymbiontentheorie hoe eukaryoten (zoals planten, schimmels en dieren) geëvolueerd zijn uit
bacteriën… **De aerobe bacteriën zijn geëvolueerd tot mitochondriën. *Cyanobacteriën zouden zich tot
chloroplasten hebben ontwikkeld.
3
,Daarna, eukaryoten die link vormen naar het leven. Eukaryoten zijn cellen met echte kern zoals onze cellen.
Archaea: prokaryoot, geen celkern en weinig andere cellulaire structuren. De structuur van hun genetisch
materiaal komt sterk overeen met dat van eukaryoten, evenals de manier waarop genen tot expressie worden
gebracht. Desondanks beschikken archaea over stofwisselingsroutes die geheel niet voorkomen bij bacteriën of
eukaryoten. In archaea komt ook geen vetzuursynthese voor, in tegenstelling tot zowel bacteriën als eukaryoten: de
membranen van archaea zijn namelijk niet opgebouwd uit fosfolipiden, maar uit etherlipiden.
Wat zit er allemaal in een cel? DNA, celmembraan, cytoplasma (vloeistof die cel beslaat, zorgt voor een continue
transport van stoffen), in cytoplasma: alle celorganellen, eiwitten, mitochondriën (energie leveren + ademhaling
stelsel), ribosomen, golgiapparaat.
Structurele organisatie van eukaryote en prokaryote cellen
5. Meercellige eukaryoten evolueerden ca 1,2 miljard jaar geleden.
Een groot deel van de eukaryote unicellulaire vormen evolueerde naar de diversiteit van de huidige "protisten". (1)
Protisten: Een protist is een eukaryoot organisme dat niet behoort tot het rijk van de dieren, planten of schimmels.
De protisten vormen geen natuurlijke groep – een groep waarin alle evolutionaire afstammelingen zijn
vertegenwoordigd – maar worden net als de algen of ongewervelden gemakshalve samen geclassificeerd. (bv.
pantoffeldiertje.)
Multicellulaire organismen die zich differentieerden van eencellige voorlopers verschenen 1.2 miljard jaar geleden als
fossielen of volgens moleculaire klok schattingen zelfs 1.5 miljard jaar geleden.
Geologisch bewijs van een strenge ijstijd ("Sneeuwbal Aarde" hypothese), gaande van 750 tot 570 miljoen jaar
geleden, kan verantwoordelijk zijn voor de beperkte diversiteit en verspreiding van multicellulaire eukaryoten tot het
zeer late Precambrium. Tijdens deze periode was het eerste leven beperkt tot diepzee spleten en hete
bronnen of die enkele locaties waar genoeg ijs smolt om zonlicht door te laten naar het oppervlaktewater
van de zee. De eerste grote diversificatie van multicellulaire eukaryote organismen komt overeen met de
periode van de dooi van de Sneeuwbal Aarde.
Evolutie naar meercellige organismen (de mens, dieren, planten, fungi). Eens die meercelligheid opgetreden was van
cellen naar meercellige en naar weefsels, krijg je differentiatie binnen verschillende weefsels. Zoals wij bezitten ze
verschillende weefsels (huid, long(organen), spierweefsel, zenuwweefsel, transportweefsel, hersenen en
hartspierweefsel). Kern in 2 delen, dan cytoplasma rondsnoeren en wand in 2.
Gefossiliseerde algencellen van ongeveer 1.2 miljard jaar ouderdom
4
,6. Tijdens het vroege Cambrium tijdperk was er een explosieve evolutie van dieren.
Een tweede radiatie van eukaryote organismen vormde de meeste dierlijke hoofdgroepen tijdens het vroege
Cambrium. (2)
Adaptieve radiatie is een vorm van evolutie waarbij soortvorming uit een gemeenschappelijke voorouder
optreedt door adaptie aan verschillende ecologische niches.
Cnidaria (de stam die de kwallen bevat) en Porifera (sponzen) waren reeds aanwezig in het late Precambrium.
Echter, de meeste dierlijke hoofdgroepen (stammen) maken hun fossiele intrede tijdens de relatief korte eerste 20
miljoen jaren van het Cambrium.
Fossielvondsten : men heeft verschillende vormen van voortplanting gevonden. Dinos: eieren.
Gefossiliseerde embryo’s van dieren uit sedimenten in China (570 miljoen jaar ouderdom)
De radiatie van dieren tijdens het Cambrium
7. Planten, fungi en dieren koloniseerden het land ca. 500 miljoen jaar geleden.
De kolonisatie van het land was één van de centrale mijlpalen in de geschiedenis van het leven. Er is fossiel bewijs
dat cyanobacteria en andere fotosynthetische prokaryoten reeds meer dan een miljard jaar geleden de vochtige
aardse oppervlakten bedekten. Echter, macroscopisch leven in de vorm van planten, fungi en dieren, koloniseerde
het land vanaf zo'n 500 miljoen jaar geleden, tijdens het vroege Paleozoïcum.
De graduele evolutie van water habitatten naar land habitatten vereiste adaptaties om uitdroging te vermijden en
om zich te kunnen voortplanten op het land.
Planten koloniseerden het land samen met fungi. Fungi helpen de plant bij de absorptie van water en nutriënten uit
de bodem en bekomen hun organische nutriënten uit de plant. Deze oude symbiotische associatie is evident in
sommige van de oudste gefossiliseerde wortels.
Planten creëerden nieuwe opportuniteiten voor alle leven, met inbegrip van herbivore (plantetende) dieren en hun
predatoren. De meest verspreide en diverse landdieren zijn zeker de arthropoden (geleedpotigen) (inclusief insecten
en spinnen) en bepaalde vertebraten (gewervelden) (inclusief amfibieën, reptielen, vogels en zoogdieren).
De meeste ordo's van de moderne zoogdieren, inclusief primaten, verschenen 50-60 miljoen jaar geleden. De mens
divergeerde pas 5 miljoen jaar geleden van andere primaten.
De land vertebraten, tetrapoden genoemd door hun 4 wandelende ledematen, evolueerden, volgens extensieve
fossiele vondsten, uit vissen.
5
,B. De oorsprong van het leven
Ergens tussen ongeveer 4 miljard jaar geleden, toen de korst van de Aarde begon te verharden, en 3.5 miljard jaar
geleden toen de stromatolieten verschenen, ontstonden de eerste organismen.
1. De eerste cellen zouden door chemische evolutie kunnen ontstaan zijn op een jonge aarde.
De meeste wetenschappers verkiezen de hypothese dat het leven op Aarde zich ontwikkelde uit niet-levende
materialen die geordend werden in aggregaten die in staat waren zichzelf voort te planten en met een metabolisme.
Vanaf de Grieken tot de 19e eeuw wat het algemeen “geweten” dat leven kon ontstaan uit niet-levende materie,
een idee dat "spontane generatie" wordt genoemd.
In 1862 voerde Louis Pasteur vloeibare kweekexperimenten uit die de idee van spontane generatie weerlegden,
zelfs voor microben. Een steriele vloeibare kweek zou enkel "bederven" als micro-organismen uit de omgeving de
kweek kunnen aantasten.
Alle leven vandaag verschijnt enkel door de reproductie van eerder bestaand leven, het principe van biogenese.
Hoewel er geen bewijs is dat spontane generatie vandaag nog voorkomt waren de condities van de vroege Aarde
totaal verschillend. Er was zeer weinig atmosferische zuurstof om complexe moleculen aan te tasten.
Energiebronnen, zoals bliksem, vulkanische activiteit en ultraviolet zonlicht waren meer intens dan vandaag.
Een aannemelijke hypothese is dat chemische en fysische processen in de primordiale omgeving van de Aarde
uiteindelijk simpele cellen produceerden. Onder een hypothetisch scenario gebeurde dit in vier stadia : (i) de
abiotische synthese van kleine organische moleculen, (ii) de versmelting van deze kleine moleculen tot polymeren,
(iii) de oorsprong van zelfreproducerende moleculen en (iv) de groepering van deze moleculen tot "protobionten".
Deze hypothese leidt naar voorspellingen die in een laboratorium kunnen getest worden.
Pasteur: zwanenhals: kolf vulde hij met besmet water, bijvoorbeeld gistwater, peperwater, suikerbietensap of urine
en boven een vlam kookt hij en steriliseert dus de inhoudt en daarna trok hij door te smelten de hals uit tot een
dunne op meer plaatsen gebogen buis, een zogenaamde zwanenhals. De inhoud bleef gedurende enkele maanden
helder, wat men ook met de kolf deed of waar men hem ook plaatste. Omdat die micro organismen bleven vastzitten
in het dal van de hals. Wanneer de zwanenhals afgebroken wordt krijg je contaminatie. Besluit? Micro-organismen
gaan via lucht vloeistof contamineren, maar wanneer ze geen direct contact hebben (en niet onder invloed van
zwaartekracht) dan gebeurt er niks.
6
,2. De abiotische synthese van organische monomeren is een hypothese die kan getest worden.
In de jaren 1920 postuleerden A.I. Oparin en J.B.S. Haldane onafhankelijk van elkaar dat de condities van de vroege
Aarde de synthese van organische componenten uit anorganische voorlopers bevoordeelden. Zij redeneerden dat dit
vandaag niet meer kan omdat de hoge zuurstofniveaus in de atmosfeer chemische bindingen aanvallen.
De reducerende omgeving in de vroege atmosfeer zou de samenvloeiing van simpele moleculen naar meer complexe
hebben bevoordeeld.
De aanzienlijke energie nodig voor de aanmaak van organische moleculen zou afkomstig kunnen zijn van bliksem
en de intense UV-straling die door de primitieve atmosfeer drong. Jonge zonnen stralen meer UV-straling uit en
door het gebrek aan een ozonlaag in de vroege atmosfeer kon deze straling de aardoppervlakte bereiken.
In 1953 testen S. Miller en H. Urey, in het laboratorium, de Oparin-Haldane hypothese door het tot stand brengen van
de condities die gepostuleerd werden voor de vroege aarde. Ze ontlaadden vonken in een "atmosfeer" van gas en
waterdamp. De Miller-Urey experimenten produceerden een variëteit aan aminozuren en ander organisch materiaal.
De atmosfeer van het Miller-Urey model bestond uit H2O, H2, CH4 en NH3, waarschijnlijk een sterker reducerende
omgeving dan momenteel wordt aangenomen te hebben bestaan op de vroege Aarde.
Alternatieve voorstellen voor de synthese van organische moleculen bevatten vulkanen onder het wateroppervlak en
diepzee luchtpijpen waar heet water en mineralen in de diepe oceaan gutsen. Een nog andere mogelijke bron voor
organische monomeren op Aarde is hun afkomst uit de ruimte, inclusief via meteorieten die organische moleculen
bevatten en op de aarde neerstortten.
Miller-Urey experiment
Ze hadden een apparaat ontworpen om de oude watercyclus te simuleren. Ze hadden er dan water ingedaan om da
oude oceaan te modelleren en het werd zachtjes gekookt om verdamping te simuleren. Voor de gassen die er
zogezegd waren vroeger kozen ze waterstof, methaan, hydrogeen en ammoniak. Ze voegden een condensor toe om
da atmosfeer te koelen zodat watermoleculen druppels konden vormen en terug konden vallen in hun ‘oceaan’ zoals
regen. Ook zou de jonge aarde vele energiebronnen gehad hebben zoals zon, geothermische warmte en
donderstomen en dus voegden ze dat ook toe (elektrische impuls via elektronen). Die stoffen in de atmosfeer gaan uit
elkaar vallen als monomeren en gaan zich op bepaalde manier combineren. Resultaat: bepaalde aminozuren worden
bekomen en kunnen eerste vorm van leven geven.
3. Laboratorium simulaties van die condities op de jonge Aarde produceerden organische polymeren.
De "abiotische oorsprong" hypothese voorspelt dat monomeren samen moeten klitten om polymeren te vormen,
zonder hulp van enzymen of ander cellulair materiaal. Vorsers (iemand die voor zijn beroep wetenschappelijk
onderzoek verricht) hebben polymeren geproduceerd, inclusief polypeptiden, door oplossingen van monomeren te
druppelen op heet zand, klei of rots.
7
,4. RNA (i.p.v. DNA) was hoogstwaarschijnlijk het eerste genetische materiaal. EXAMEN!
Ribonucleïnezuur is een biologisch macromolecuul dat essentieel is voor de regeling van cellulaire processen in alle
bekende levensvormen. RNA lijkt qua chemische structuur sterk op DNA, en net als DNA is RNA opgebouwd uit een
lange keten van nucleotiden (4 soorten: A, C, G, U) .
RNA speelt een belangrijke rol in het coderen, overbrengen, reguleren, interpreteren en tot expressie brengen van
genen. In de transcriptie en translatie is RNA van centraal belang.
*Een van de bekendste vormen van RNA, messenger-RNA, wordt in organismen geproduceerd tijdens de
transcriptie: het proces waarbij DNA wordt overgeschreven naar een RNA-molecuul. De volgorde van de
nucleotiden bevat genetische informatie voor eiwitsynthese. Eiwitsynthese is het aanmaken van eiwitten, door
polymerisatie van aminozuren, in de cellen van organismen.
➔DNA is een blauwdruk, het bevat alle instructies voor een cel om te groeien, functioneren en te repliceren.
➔RNA voert deze instructies uit: het kopieert het DNA om proteïnen te maken.
Een RNA-molecuul is enkelstrengs. De meeste RNA-moleculen, waaronder mRNA, tRNA, rRNA en andere niet-
coderende RNA's bevatten zelfcomplementaire sequenties die zorgen dat het RNA met zichzelf kan basenparen (met
zichzelf waterstofbruggen kan vormen) waardoor het in lokale elementen wordt opgevouwen.
Deze structuren bestaan niet uit lange dubbele helices zoals in DNA, maar uit verzamelingen van korte helices die zijn
samengepakt en hierdoor erg lijken op eiwitten. Op deze manier kunnen RNA-moleculen een katalytische rol spelen
in reacties. Men spreekt van een ribozym.
Messenger RNA (mRNA) wordt gebruikt als coderend molecuul bij de translatie. Pre-mRNA is het RNA zoals het
eruitziet direct na de transcriptie van een gen dat codeert voor een eiwit. Door middel van RNA-processing wordt
het pre-mRNA bewerkt tot mRNA. Pre-mRNA kan zowel introns (niet-coderende delen) als exons (coderende
delen) bevatten. Door middel van splicing worden de introns uit het RNA 'gesplitst'.
Ribosomaal RNA (rRNA) vormt het belangrijkste bestanddeel van ribosomen. Ribosomen zijn in staat tijdens de
translatie mRNA af te lezen en de aminozuren van het eiwit aan elkaar te koppelen.
Transfer RNA (tRNA) speelt tijdens de translatie een rol als drager van aminozuren. tRNA bevat een anticodon
waarmee het in het ribosoom tijdelijk kan binden met een bijbehorend codon op het mRNA.
8
,Zo kan je eigenlijk RNA maken, je kan verschillende monomeren voor RNA in natuur vinden, en toevallige combinatie
van monomeren kan RNA geven. RNA zou voorloper zijn voor het leven op aarde. Als je RNA monomeren zou vinden
in natuur kunnen zij combinaties vormen en aan elkaar verbonden worden en kunnen ACGU (guanine, thymine,
cytosine, adenine) met elkaar verbonden worden en kunnen combinaties van deze kettingen RNA moleculen
ontstaan. RNA heeft een functie van enzym (knippen en plakken). DNA zijn 2 complementaire RNA-strengen.
Hoe begon het leven: Monomeren ➔laboratorium ➔linken van monomeren = polymeren en zo krijgt met RNA ➔
complementaire polymeren = DNA
Het leven is deels gedefinieerd door erfelijkheid. Vandaag stockeren cellen hun genetische informatie als DNA,
schrijven bepaalde secties over naar RNA en vertalen de RNA berichten naar enzymen en andere proteïnen.*
Veel vorsers stelden dat het eerste erfelijk materiaal RNA was, en niet DNA. Omdat RNA ook als een enzym kan
functioneren, helpt dit bij de oplossing van de paradox "wie was er eerst, genen of enzymen".
Korte polymeren van ribonucleotiden kunnen abiotisch gesynthetiseerd worden in het laboratorium. Als deze
polymeren aan een oplossing van ribonucleotide monomeren worden toegevoegd, worden sequenties tot 10 basen
lang gekopieerd van het template volgens de base-paring regels. Indien zink wordt toegevoegd kan de gekopieerde
sequentie zelfs oplopen tot 40 nucleotiden met minder dan 1% fouten.
In de jaren 1980 ontdekte T. Cech dat RNA moleculen belangrijke katalysatoren zijn in moderne cellen.
RNA katalysatoren, ribozymen genoemd, verwijderen introns van het RNA. Ribozymen helpen tevens bij de
katalysatie van de synthese van nieuwe RNA polymeren. In de prebiotische wereld waren RNA moleculen misschien
volledig in staat tot ribozymgekatalyseerde reproductie. Laboratorium experimenten toonden aan dat RNA
sequenties kunnen evolueren in abiotische omstandigheden.
RNA moleculen hebben zowel een genotype (nucleotide sequentie) als een fenotype (driedimensionale vorm) die
interageren met hun omgevende moleculen. Onder bepaalde omstandigheden zijn sommige RNA sequenties meer
stabiel en repliceren ze zich sneller en met minder fouten dan andere sequenties. Occasionele kopieerfouten
veroorzaken mutaties die kunnen leiden tot meer stabiele of beter zelfreplicerende RNA sequenties. Dit soort selectie
kan plaatsgevonden hebben op de vroege aarde.
RNA-gestuurde proteïnesynthese kan begonnen zijn als een zwakke binding van specifieke aminozuren aan basen
langs RNA moleculen, die functioneerden als simpele templates dewelke enkele aminozuren lang genoeg samen
hielden opdat ze zouden binden. Dit is vandaag een functie van rRNA in ribosomen.
Indien RNA een korte polypeptide synthetiseert die zich gedraagt als een enzym dat helpt bij de RNA replicatie, dan
zouden vroege chemische dynamismen zowel moleculaire coöperatie als competitie inhouden.
(Een protocel (of protobiont) is een zelfgeorganiseerde, endogeen geordende, bolvormige verzameling lipiden die
wordt voorgesteld als een opstap naar de oorsprong van het leven. Een centrale vraag in de evolutie is hoe
eenvoudige protocellen voor het eerst ontstonden en hoe deze konden verschillen in reproductieve output, waardoor
de accumulatie van nieuwe biologische verschijningen in de tijd mogelijk was, d.w.z. biologische evolutie. Hoewel een
functionele protocel nog niet in een laboratoriumomgeving is bereikt, lijkt het doel om het proces te begrijpen ruim
binnen handbereik.)
9
, 5. Protobionten vormen zich door zelf-assemblage.
Denk terug aan dat de vroege aarde een primordiale soep had kunne zijn gevuld met de nodige abiotische
geproduceerde moleculen als bouwstenen voor leven. Hoe gaan we dan van dat naar leven zoals vandaag. Leven in
essentie is eigenlijk een cel en een cel is een membraan dat wat genetisch materiaal en mechanismen omringt om
basis-metabolische activiteiten uit te voeren. Nu, de levensvormen toen waren veel simpeler dan nu en we noemen
deze protobionten (dingen die bijna leven). En voor hen om te kunnen leven zou je iets nodig hebben wat gelijkaardig
is aan wat cellen zijn, “een beschermende barrière die zelfreplicerende moleculen omringt)
Laboratorium versies van protobionten (aan elkaar als een ketting)
Glucose C6 H12 O6 + fosfaat → fosfaat verwijderen = zetmeel → amylase doen = maltose
= metabolische reactie voor ontstaan van het leven
Levende cellen zouden kunnen voorafgegaan zijn door protobionten, aggregaten van abiotisch geproduceerde
moleculen omgeven door een membraanachtige structuur. Protobionten kunnen sommige karakteristieken
vertonen die geassocieerd zijn met leven, zoals het behouden een interne chemische omgeving die verschillend is van
hun externe omgevingen, een eenvoudige vorm van reproductie en metabolisme.
In een laboratorium vormen zich druppels abiotisch geproduceerde organische componenten, genaamd liposomen,
wanneer er lipiden aan de mengeling toegevoegd worden. De lipiden vormen een moleculaire dubbellaag aan de
oppervlakte van de druppel, te vergelijken met de lipide dubbellaag van een membraan. Deze druppels kunnen
osmotische zwelling of krimping ondergaan in verschillende zoutconcentraties. Ze stockeren tevens energie als een
membraanpotentiaal, een voltage langsheen de oppervlakte.
Hypothese over het begin van moleculaire interacties en samenwerking.
Liposomen gedragen zich dynamisch, ze groeien door verzwelging van
kleinere liposomen of splitsen kleinere liposomen af. Als er enzymen
tussen de ingrediënten zitten dan worden ze in de druppels
opgenomen. De protobionten zijn dan in staat om substraten uit hun
omgeving op te nemen en de producten van de door de enzymen
gekatalyseerde reacties af te scheiden. In tegenstelling tot sommige
laboratorium modellen zouden protobionten die zich in de oude zeeën
vormden geen geraffineerde enzymen, de producten met overgeërfde
instructies, bezitten. Echter, sommige abiotisch geproduceerde
moleculen hebben zwakke katalytische eigenschappen. Er zouden wel
protobionten bestaan hebben met een rudimentair metabolisme dat
hen in staat stelde om substanties opgenomen langs hun membranen
te modifiëren.
10
