Hoe is het leven ontstaan? Spontaan in een oeroceaan, voordat er cellen waren? (afb: Luigi Luisi/Molecular Systems Biology)

Het is nog steeds duister hoe leven is ontstaan. Dan is het aardig als je een systeem kunt fabrieken, waarbij een soort stofwisseling de boel op gang houdt, zonder dat daar cellen aan te pas hoeven komen. Markus Ralser van de universiteit van Cambridge en medeonderzoekers zijn tot de conclusie gekomen dat de voor de stofwisseling benodigde reactieketen(s) spontaan zou(den) kunnen zijn ontstaan in de vroege oceanen, met metaalionen als katalysatoren in plaats van enzymen. “Als je kijkt naar veel verschillende organismen, dan zie je dat het netwerk van reacties op elkaar lijkt, wat suggereert dat dat vroeg in de evolutie is ontstaan, maar niemand wist wanneer en hoe”, zegt Ralser.
Een van de theorieën is dat RNA de eerste bouwsteen van het leven was (de RNA-wereld). Een andere theorie is dat het allemaal begon met de stofwisseling, maar veel bewijs voor al die theorieën is er niet. Volgens Ralser is dit het eerste experiment dat aantoont dat het mogelijk is een stofwisseling te creëren zonder RNA. Opmerkelijk is dat de ontdekking per ongeluk is gedaan bij het controleren van het medium voor een celkweek. Een van de studenten besloot ongebruikt middel door de massaspectrometer te ‘gooien’ en vond daarin pyruvaat; een ‘afgeleide’ van pyrodruivensuiker en het resultaat van een reactieketen die glycolyse (splitsing van glucose)  genoemd wordt. Om er achter te komen of dit soort processen geholpen kon hebben bij het ontstaan van leven, namen ze contact op met collega’s die zich bezighouden met de scheikunde van de oude oceanen van zo’n 4 miljard jaar geleden. Er was, is het idee, toen geen zuurstof, de fotosynthese moest nog ‘uitgevonden’ worden, maar het water zou rijk zijn geweest aan ijzer en andere metalen en aan fosfaat. Die stoffen zouden van pas kunnen komen bij chemische reacties zoals die in cellen voorkomen.
De onderzoekers namen de, gedachte, samenstelling van de oude oceanen, alvorens die gedurende vijf uur te verwarmen tot 50°C à 70°C en bekeken vervolgens wat dat opleverde. “In het begin dachten we een of twee reacties te zullen vinden, maar de resultaten waren verbazingwekkend”, zegt Raiser. “We konden twee bijna complete stofwisselingen reconstrueren.” De ene was de glycolyse de ander de pentose/fosfaat-stofwisseling, die samen een groot deel van de belangrijke verbindingen in de cel produceren, met inbegrip van ATP, de ‘energiebron’ van de cel, suikers waaruit DNA en RNA bestaan en moleculen om vetten en eiwitten uit op te bouwen.
Als dat in de oude oceanen kon gebeuren, dan hebben we alleen nog maar een membraan nodig om cellen te vormen, redeneren de onderzoekers. Het hele boeltje zou zijn gekatalyseerd door ijzer en andere metalen. De archaïsche stofwisselingen waren niet precies gelijk aan wat er in de cel gebeurt, maar volgens Ralser zijn er grote overeenkomsten. Vooral het stofwisselingsproduct ribose 5-fosfaat vinden de onderzoekers interessant. Dat is een ‘voorloper’ van RNA, het molecuul dat, zoals we dat nu noemen, codeert voor leven, dat reacties katalyseert en, vooral, dat zich repliceert (zichzelf kopieert).
Interessant onderzoek vindt Matthew Powner van het University College in Londen, die niet bij het onderzoek betrokken was, maar hij ziet een groot probleem. “Pratend over de oorsprong is het belangrijk te weten waar de moleculen vandaan komen. Niemand heeft tot nu toe kunnen aantonen dat die spontaan in de oeroceanen kunnen zijn ontstaan.” Een ander probleem is dat de reacties een richting op lopen. “Als je naar de resultaten kijkt zou je net zo goed kunnen zeggen dat de organische wereld steeds verder wordt afgebroken, eerder dan dat er sprake is van een stofwisseling”, zegt de Amerikaanse bioloog (en Nobelprijswinnaar) Jack Szostak, die zich bezighoudt met de oorsprong van het leven. “Ik zou er uit opmaken dat stofwisseling in cellen moet zijn ontstaan, elke keer een reactie en een katalysator meer.”
Ralser is het daar, uiteraard, niet mee eens. Of een reactie nu gekatalyseerd wordt door een metaal of door een enzym (= eiwit), het leidt tot hetzelfde resultaat. Elke chemische reactie in in principe omkeerbaar, of die nu verloopt met een enzym of een simpele katalysator, is zijn idee. Maar vindt hij die ‘omgekeerde’ producten ook in zijn oeroceaanwater? Er zal nog heel wat water door de Rijn in de Noordzee stromen voor we weten hoe het leven op aarde is ontstaan (zo we dat ooit aan de weet komen).

Bron: New Scientist