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Evolutionsforschung: Endlich Ordnung in der Ursuppe

06.06.2012
Unser Leben begann in der Ursuppe, in der einzelne Moleküle die Vorläufer unseres Erbgutes bildeten. Doch wie konnten diese ersten Erbinformationen ganz ohne Proteine weitergegeben werden? Vermutlich reichte ihnen ein Temperaturgradient.

In der Ursuppe fanden sich einzelne Basen zu kleinen RNA-Fragmenten zusammen, dem Ursprung unseres Erbgutes. Damit weitere Evolutionsschritte möglich wurden, mussten diese RNA-Fragmente in die richtige Reihenfolge gebracht werden, um genetische Informationen transportieren zu können. Wie das funktioniert, wenn die dafür eigentlich nötigen Proteine noch nicht vorhanden sind, war bisher völlig ungeklärt.

Der Lösung dieser Frage sind Professor Dieter Braun und seine Mitarbeiter am Institut für Biophysik der LMU München nun ein gutes Stück näher gekommen: Sie entwickelten ein realistisches Modell, wie die RNA erste Informationen vermittelt haben könnte, den sogenannten „RNA-basierten Replikator“. Als Versuchsgrundlage dienten den Wissenschaftlern Fragmente der Transfer-RNA-(tRNA) Sequenz eines Archaea-Bakteriums.

Schwankende Temperaturen ordnen das Chaos

Im Unterschied zu bisherigen Versuchsaufbauten zeichnet sich der Ansatz von Braun und seinem Team durch Bedingungen aus, wie sie tatsächlich in der Ursuppe hätten herrschen können. Dazu gehören schwankende Temperaturen - wie es damals im Urmeer vermutlich auch in der Nähe von Vulkanen der Fall war.

Der Temperaturwechsel bringt Ordnung in das Fragmente-Chaos: Die Münchner Biophysiker konnten zeigen, dass sich RNA-Fragmente allein durch thermischen Schwankungen aneinanderlagern und wieder trennen. In der Ursuppe könnten daher längere einzelsträngige RNA-Abschnitte als Vorlage gedient haben, an der entlang sich bei niedrigeren Temperaturen kürzere Fragmente zu einem komplementären Strang anordnen. Sobald die Temperatur steigt, löst sich dieser neu zusammengesetzte Abschnitt und kann seinerseits als Vorlage dienen.

Dieses Gesamtmodell bezeichnen Braun und seine Kollegen als RNA-basierten Replikator. Dessen Prinzip ähnelt den Buchstaben aus einer Buchstabensuppe: Erst in der richtigen Reihenfolge ergeben die Fragmente einen lesbaren Sinn. „Der RNA-basierte Replikator zeigt uns einen möglichen Weg von der RNA-Welt hin zur modernen Biologie, “ erklärt Hubert Krammer, Erstautor der Studie. “Heutzutage übersetzt die tRNA genetische Informationen in Proteine. Durch das Anhängen von Aminosäuren könnte der tRNA-Replikator eine Vorstufe zur Proteinsynthese sein.“
(Physical Review Letters vom 4.6.2012) (NIM)

Publikation:
Thermal, Autonomous Replicator Made from Transfer RNA
Hubert Krammer, Friederike M. Möller, and Dieter Braun
Phys. Rev. Lett. 108, 238104 (2012)
Published June 4, 2012
DOI: 10.1103/PhysRevLett.108.238104

Kontakt:
Prof. Dieter Braun
Systems Biophysics, Center for NanoScience (CeNS) und Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich” (NIM) der LMU
Tel.: +49-(0)89 / 2180 - 2317
E-Mail: dieter.braun@lmu.de

Luise Dirscherl | Uni München
Weitere Informationen:
http://www.lmu.de
http://www.biosystems.physik.lmu.de

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