De vroege aarde

We doen vaak wel alsof, maar eigenlijk weten wij mensen nog niet zo veel. Al vele eeuwen proberen we een definitie van leven te verzinnen, maar die hebben we nog steeds niet. Hoe dat ‘ondefinieerbare’ leven is ontstaan weten we ook niet. Theorieën zijn er genoeg. Een daarvan is de theorie van de RNA-wereld. Onderzoekers van de Engelse universiteit van Cambridge rond John Sutherland ontdekten in 2009 dat met simpele uitgangsstoffen als acetyleen (ethyn) en formaldehyde (methanal) twee van de vier bouwstenen van RNA (de nucleotiden) zijn te vormen in de ‘oersoep’ zonder dat daar enzymen voor nodig zijn. Nu laten ze ook zien hoe die stoffen op hun beurt zijn ontstaan. De theorie van de RNA-wereld wint daamee aan geloofwaardigheid.

Hoe het leven ontstaan is, is een groot vraagteken. Steeds stuiten onderzoekers bij het bedenken van een mogelijke ontstaanswijze op paradoxen. Om leven mogelijk te maken moeten er moleculen zijn waarin informatie is opgeslagen zoals DNA en andere moleculen zoals RNA om die informatie om te zetten in chemische werkpaarden, de enzymen, maar het vervelende is dat dat kopieerproces niet verloopt zonder de hulp van de producten van dat proces, de eiwitten. Dan hebben we het nog niet over het celmembraan gehad, dat bestaat uit vetachtige verbindingen (fosforlipiden). Zonder een omhulling is leven onmogelijk, is de heersende gedachte. Voor de aanmaak van die lipiden zijn weer enzymen (eiwitten) nodig.
Theorieën zijn er te over. De theorie RNA-wereld heeft waarschijnlijk op het ogenblik de meeste aanhamgers, waarbij in het begin van de ontwikkeling van systemen die ‘leven’ zouden kunnen worden genoemd, RNA zowel informatiedrager als enzym zou zijn geweest. De aanhangers van het idee dat de stofwisseling er eerst moest zijn stellen dat eenvoudige metaalkatalysatoren, en niet ingewikkelde organische enzymen, verantwoordelijk zijn geweest voor het ontstaan van een oersoep met bouwstenen voor complexere biomoleculen.
In 2009 kreeg de RNA-wereldtheorie meer geloofwaardigheid door onderzoek van John Sutherland c.s. van de universiteit van Cambridge. Ze lieten zien dat met simpele moleculen als acetyleen (ethyn) en formaldehyde (ethanal) twee van de vier bouwstenen van RNA (de nucleotiden) zijn te synthetiseren, zonder dat daar enzymen voor nodig zijn. Critici brachten daar tegen in dat die twee stoffen voor de vroege aarde nog steeds vrij ingewikkelde stoffen zijn. Waar zouden die vandaan zijn gekomen? Sutherland en zijn medeonderzoekers lijken er nu in geslaagd ook ook die witte vlek weg te werken. Volgens hen is het RNA-verhaal begonnen met waterstofcyanide (HCN), watersulfide (H₂S) en ultraviolet licht. Volgens Sutherland zouden de omstandigheden om die voorlopers van de nucleotiden, ethyn en methanal, te laten ontstaan, ook de synthese mogelijk gemaakt hebben van verbindingen die nodig zijn om aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, en lipiden, nodig voor de membranen van cellen, te doen ontstaan. Dat zou dan betekenen dat met een paar chemische reacties in één keer de basis werd gelegd voor de aanmaak van de voor levende organismen essentiële verbindingen. De onderzoekers uit Cambridge denken hiermee wat paradoxen te hebben opgeruimd. Volgens de bekende moleculair bioloog en Nobelprijswinnaar Jack Szostak is dit onderzoek belangrijk. “Voor het eerst wordt er een scenario geschetst waarbij bijna alle essentiële bouwstenen van het leven kunnen worden gesynthetiseerd in een geologische omgeving.”
Volgens Sutherland waren de omstandigheden op aarde daar destijds ideaal voor. HCN komt veel voor op kometen, die in het begin van het bestaan voortdurend op de aarde neerkletterden. Die inslagen produceerden genoeg energie voor de reactie tussen waterstof, stikstof en koolstof om blauwzuur (HCN) te doen ontstaan. Ook zou H₂S normaal zijn geweest op de vroege aarde net als het andere noodzakelijke ingrediënt uv-licht. De reacties zouden zijn gekatalyseerd door metaalbevattende mineralen. Dat wil volgens de onderzoekers echter niet zeggen dat de moleculen alle op eenzelfde plaats zijn ontstaan. Regen zou de ingrediënten voor de bouwstenen van het leven bij elkaar (kunnen) hebben gebracht, zegt veteraan Dave Deamer. Hij vindt de chemische verklaring voor het ontstaan van leven plausibel, net als Szostak. “Natuurlijk blijven er vele vragen over. Ik ben er van overtuigd dat daar stevig over gediscussieerd zal worden.”

Bron: Science