11.2. Het enige duplicatiesysteem

Er is nooit enige aanwijzing gevonden dat er nog een ander duplicatiesysteem zou bestaan naast het eerder beschreven precieze mechanisme dat gebruik maakt van DNA, mRNA, ribosomen, enzymen, tRNA en de twintig aminozuren. Om deze reden stelt Morowitz dat dit mechanisme een vereist onderdeel is van de theoretisch minimale levende entiteit. [1] Zou een dergelijk geraffineerd systeem tot stand kunnen komen door willekeurige samenvoegingen van moleculen?

De belangrijkste centrale component van een dergelijk duplicatiesysteem zou het DNA (of mogelijk RNA) met een gecodeerde boodschap moeten zijn. De boodschap zou instructies moeten aanleveren voor de produktie van de noodzakelijke onderdelen van het levende systeem, inclusief de enzymen die de duplicatie van de codemolecule zelf beheersen. [2]

Naast het gecodeerde bericht zou ook de minimale machinerie (om te produceren wat de code specificeert) in het begin al aanwezig moeten zijn. Een of meerdere kopieën van elke component van het systeem zouden al moeten bestaan, want anders zou het gecodeerde bericht absoluut niet in staat zijn om het leven te laten beginnen. De onderdelen die in het begin al aanwezig zouden moeten zijn, zijn ribosomen, aminozuren, RNA-polymerase, ATP voor energie, en alle andere enzymen en cruciale factoren die recentelijk zijn ontdekt en die noodzakelijk zijn voor eiwitproduktie.

Laten we de kanswetten nu eens toepassen op slechts één facet van het geheel, namelijk de kans dat codeletters door stom toeval ooit in een bruikbare volgorde zouden worden gerangschikt (als, uiteraard, codeletters reeds bestonden). Met andere woorden, zou het toeval ooit een mogelijke verklaring kunnen zijn voor een correcte volgorde van slechts één enkele verzameling van genen die benodigd zijn voor minimaal leven, of zelfs voor een enkel gen? Elke rangschikking zou in het begin willekeurig zijn, als een bijzondere schepping wordt uitgesloten. Laten we beginnen met het verkrijgen van een goed begrip van wat een gen eigenlijk is.

Volgende pagina


1 Harold J. Morowitz, "Biological Self-Replicating Systems", Progress in Theoretical Biology, red. Fred M. Snell (New York: Academic Press, 1967), Vol. 1, p. 35 en verder. [Terug naar de tekst]

2 De snelheid van DNA-replicatie is onvoorstelbaar hoog, variërend van 750 tot 1000 nucleotiden per seconde die aan elke streng, in sommige gevallen aan elk groeipunt, worden toegevoegd. Het duplicatieproces maakt gebruik van een groeipuntcomplex dat bestaat uit eiwitten en mogelijk ook RNA. Verscheidene artikelen geven aan dat het groeipunt mogelijk nauw verbonden is met het celmembraan. De kennis over dit onderwerp groeit met duizelingwekkende snelheid. Alles wat we hier beschrijven is dus onderworpen aan revisies wanneer meer kennis over het proces wordt onthuld door vervolgonderzoek.

Robert E. Bird en zijn medewerkers rapporteerden dat er bij bacteriële replicatie een splitsing in twee richtingen plaatsvindt, waarbij de beweging van de splitsing met gelijke snelheden plaatsvindt in de tegenovergestelde richtingen ("Origin and Sequence of Chromosome Replication in Escherichia coli", Journal of Molecular Biology, Vol. 70, 1972, pp. 549, 563.) Roger Y. Stanier et al. beschrijven meerdere splitsingen, die kennelijk optreden wanneer twee dochter-DNA-moleculen beginnen te repliceren voordat de originele splitsingen hun cyclus hebben voltooid – dit maakt een celdeling mogelijk in twintig minuten (The Microbial World, 3e ed. [Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, Inc., 1970], p. 294 en verder, 374 en verder). De cirkelvormige DNA-molecule in de Escherichia coli bacterie heeft misschien wel vijf miljoen nucleotideparen. De gebruikelijke tijdsduur benodigd voor zijn celdeling bedraagt veertig minuten zonder meerdere splitsingen. Als er een beweging van de splitsing in meerdere richtingen zou plaatsvinden, zou het aantal toegevoegde nucleotiden per streng per splitsing iets meer dan 1000 bedragen, voor elk van de gesplitste helften die van elkaar af bewegen E. coli kan zichzelf in twintig minuten repliceren, maar het is mogelijk dat het hierbij om meerdere splitsingen gaat.

John Cairns maakt gewag van een replicatiesnelheid die 15.000 wentelingen per minuut vereist tijdens het uitrollen van de dubbele spiraal. ("The Bacterial Chromosome", Scientific American, Vol. 214, [januari 1966], p. 42.) Men denkt dat enzymen tijdens het uitrolproces in één zijde van de spiraal inkepingen maken. Terwijl de splitsing zich voortbeweegt, wordt één streng voortdurend gepolymeriseerd in dezelfde richting als de beweging van de splitsing. De andere streng wordt kennelijk in de andere richting in korte fragmenten gevormd, om later te worden samengevoegd tot een cirkelvormige dochtermolecule. Een groot aantal vragen over dit verbazingwekkende proces is nog onbeantwoord (dit proces, of een ander dergelijk proces, is noodzakelijk omdat nucleotiden zich alleen verbinden aan het 3' uiteinde van een nieuwe zich vormende streng. In de dubbele spiraal van het DNA zijn de strengen tegenover elkaar gepolariseerd, met het 5' uiteinde van de ene streng tegenover het 3' uiteinde van de andere streng).[Terug naar de tekst]