Chemische Evolution en bloc

Klotzen statt Kleckern – dieses Prinzip könnte bei der Entstehung des Lebens eine wichtige Rolle gespielt haben. Italienische Forscher haben entdeckt, dass sich kurze Stränge der Nukleinsäure RNA spontan zu längeren Ketten zusammenschließen und so dem chemischen Zerfall ein Schnippchen schlagen können.

Erst ab einer gewissen Größe können sich RNA-Stränge zu funktionellen und stabilen Gebilden falten. Grafik: Luuva (Creative Commons 3.0 Unported)

Erst dieses sprunghafte Wachstum könnte den ersten RNA-Molekülen eine Funktion als Informationsträger und Katalysatoren eröffnet haben, vermuten Ernesto Di Mauro von der Universität Rom und seine Gruppe. Das allmähliche Wachstum durch Anlagerung einzelner Bausteine werde nämlich rasch durch den Zerfall gekontert, sodass es keine genügend langen, sich selbst stabilisierenden RNA-Ketten hervorbringen könne.

Die RNA galt einst nur als “Gehilfin” der Erbsubstanz DNA. Dann wurde entdeckt, dass das flexible Molekül Fähigkeiten von DNA und Proteinen in sich vereint und daher einen möglichen Ausgangspunkt für die Entstehung des Lebens darstellen könnte. Offen war allerdings die Frage, wie auf der jungen Erde erstmals RNA-Ketten von biochemisch relevanter Länge entstehen konnten.

Die Versuche Di Mauros und seiner Kollegen liefern nun eine einfache Lösung für dieses Problem. Die Forscher gaben kurze RNA-Stränge, bestehend aus 10 bis 24 Bausteinen, in heißes, leicht angesäuertes Wasser und fügten einzelne RNA-Bausteine hinzu. Nach einigen Stunden waren in der Lösung RNA-Ketten mit dem Doppelten bzw. Vierfachen der Ausgangslänge nachweisbar, berichtet die Gruppe im “Journal of Biological Chemistry”.

Um einzelne Bausteine verlängerte Ketten oder solche mit dem Dreifachen oder Fünffachen der Ausgangslänge bildeten sich dagegen nicht. Aufgrund dieser und weiterer Beobachtungen schließen die Forscher, dass sich die kurzen RNA-Stränge in der Lösung zunächst zu Viererbündeln zusammenlagern. Dank des geringen Abstandes in diesen Bündeln können sich dann spontan chemische Bindungen zwischen den Enden von je zwei oder von allen vier Strängen bilden.

Forschung: Samanta Pino, Fabiana Cicirello und Ernesto Di Mauro, Dipartimento di Genetica e Biologia Molecolare, Università di Roma “La Sapienza”, und Istituto Pasteur-Fondazione Cenci-Bolognetti, Rom; und andere

Veröffentlichung Journal of Biological Chemistry, Vol. 283(52), pp 36494-503, DOI 10.1074/jbc.M805333200

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Dipartimento di Genetica e Biologia Molecolare, Uni Rom 1
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