Een van de onderzoekslijnen in de zoektocht naar de geheimen van het leven is het maken van een minimale levensvorm. Wat is het leven in zijn meest eenvoudige vorm? Evolueert het? Past het zich aan zijn omgeving aan? En hoe ontstond leven eigenlijk?
Leven, gereduceerd tot het absolute minimum
Aan dit onderwerp is een recent artikel gewijd op de site synbiobeta.com. Dit artikel verhaalt over het onderzoek in het evolutielaboratorium van Indiana University Bloomington onder leiding van Jay T. Lennon. Hun werk werd gepubliceerd in Nature. Hoe ziet een minimale levensvorm eruit? Hoe ziet het leven eruit wanneer teruggebracht tot zijn noodzakelijkste onderdelen? Dat is de onderzoeksvraag in dit lab. Een van de meest belangwekkende resultaten is dat de evolutie nog altijd gaande is, zelfs bij de meest simpele levensvormen.
Lennon en zijn team werken met Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B, een minimale levensvorm gemaakt uit een bacterie die voorkomt in geitendarmen. Verrassend genoeg evolueert dit heel eenvoudige organisme nog altijd. De mutatiesnelheid lijkt niet te zijn aangetast door de verkleining van het genoom. Ja, het geminimaliseerde organisme is niet zo levenskrachtig als de organismen waarvan het was afgeleid; maar in 2.000 generaties van evolutie werd dit verschil goed gemaakt. Zowel de originele cel als het geminimaliseerde exemplaar ontwikkelden zich – maar de minimale cel ontwikkelde zich 39% sneller.
Evolutie
De auteurs namen oorspronkelijk aan dat zo’n minimale levensvorm zich niet zou ontwikkelen, of op zijn minst minder snel dan de in het echt levende bacterie. Het organisme dat zij onderzochten had slechts 493 essentiële genen; de meeste dieren en planten hebben er tenminste 20.000. In het geminimaliseerde organisme is elk gen essentieel. En toch ontwikkelt het zich wonderbaarlijk snel. De onderzoekers lieten de bacterie zich ontwikkelen gedurende het equivalent van 40.000 jaar in menselijke termen. Het overleefde en won zelfs levenskracht terug die het bij het strippen was kwijtgeraakt.
De onderzoekers stonden versteld van dit resultaat. Ze toonden aan dat zelfs organismen in hun meest eenvoudige vorm nog altijd veerkracht bezitten. Klaarblijkelijk ontwikkelt het leven zich, hoe sterk ook geminimaliseerd. Geeft dit een nieuw perspectief op het leven? Waren misschien de eerste levensvormen net zo eenvoudig als de geminimaliseerde organismen die wij onderzochten – maar hadden ze toch het vermogen zich te ontwikkelen? En welk perspectief biedt dit voor verder werk, bijvoorbeeld het aanvallen van ziekteverwekkers?
Minimale levensvorm
Bij een soortgelijk experiment creëerden andere onderzoekers een minimale levensvorm met slechts 473 genen. Het project was een samenwerkingsverband tussen het J. Craig Venter Institute (JCVI), het National Institute of Standards and Technology (NIST) en het Massachusetts Institute of Technology (MIT) Center for Bits and Atoms. Ze deden verslag van hun bevindingen in het tijdschrift Cell. Het bacterie-achtig organisme gedroeg zich vreemd bij groeien en delen: het maakte cellen met zeer verschillende vormen en maten. Maar toen voegden onderzoekers zeven genen toe met het doel, dit wispelturige gedrag te temmen. Toen deelde het organisme netjes in gelijkvormige cellen.
Het doel van dit onderzoek is, de functie van elk gen vast te stellen. Wanneer deze gegevens worden samengevoegd, zou een compleet model van de werking van de cel moeten ontstaan. Maar zo ver zijn de onderzoekers nog niet. Van de zeven genen die ze moesten toevoegen om de celdeling mooi regelmatig te maken, weten ze bijvoorbeeld nog maar van twee wat hun functie is; van de andere vijf weten ze het niet. ‘Het leven is nog altijd een black box,’ zei Elizabeth Strychalski, een van de betrokken onderzoekers.
De oorsprong van het leven
Hoewel zulk onderzoek ons veel duidelijk maakt over de ontwikkeling van een minimale levensvorm in een complexer geheel, weten nog altijd niet hoe het leven zelf is ontstaan. Het onderzoek vertelt ons niet of het leven is geschapen of ontstaan uit niet-levende materie. In de loop van de tijd zijn evolutietheorieën gedetailleerder geworden – maar nog altijd niet overtuigend. Een site van de Universiteit van Berkeley bijvoorbeeld vertelt ons dat het evolutieproces begonnen is met de vorming van complexe organische moleculen, misschien in vulkanische uitlaten in de diepzee. Daar kunnen RNA-moleculen gevormd zijn; ze konden genetische informatie opslaan, zichzelf reproduceren en eenvoudige metabole processen vervullen. Processen die een zekere stabiliteit kregen toen celmembranen ontstonden, waardoor de levensprocessen werden afgeschermd van de buitenwereld. Interessant! Maar toch – slechts een theorie. Kunnen we dit proces reproduceren? En als we dat doen, zullen we het herkennen?
Interessant? Lees dan ook:
Chemie versus bacterie, # 66. De evolutionaire wapenwedloop
Is de mutatiesnelheid constant? Evolutietheorie nog lang niet af
Is het leven maakbaar? 2.1 Van evolutie naar revolutie