Zo zouden bacteriën en archaea kunnen zijn ontstaan uit de eerste gemeenschappelijke voorouder LUCA
Het is nog steeds duister hoe het leven is ontstaan. Op een bepaald moment moeten er cellen zijn ontstaan, maar hoe kwamen die aan hun energie? Onderzoeksters uit Oostenrijk en Duitsland denken nu te weten hoe die ‘oercellen’ aan hun energie kwamen. Die kwam van de stofwisseling zelf.
In oermicro-organismen vonden ze 402 verschillende stofwisselingsreacties die waarschijnlijk ook de oercel zou hebben gehad, zo redeneerden ze. In de aanwezigheid van waterstof en warmte, die hoogstwaarschijnlijk aanwezig was bij warmwaterbronnen, verlopen een groot deel van die reacties zonder dat er extra energie nodig is, stellen ze. Dan lijken die warmwaterbronnen op de zeebodem de ‘geboorteplaats’ van het leven te zijn, is hun idee.
Al tijden puzzelen wetenschappers over hoe het leven op aarde ooit is begonnen, maar vooralsnog zijn ze daar nog niet achter (zo ze daar ooit achterkomen). “Wij wilden weten waar de oorspronkelijke stofwisseling haar energie vandaan haalt”, zegt Jessica Wimmer van de Heinrich Heineuniversiteit in Düsseldorf. “Viermiljard jaar geleden had je nog geen enzymen die nu de reacties katalyseren. Die reacties moesten destijds vanzelf verlopen.”
De onderzoeksters hebben eerst geprobeerd om met behulp van genetische en biochemische overeenkomsten de stofwisselingen van verschillende bacteriën en archaea te reconstrueren. Daarbij onderscheidden ze 402 reacties die in alle micro-organismen voorkwamen en hoogstwaarschijnlijk sedert het begin van leven bewaard zijn gebleven.
Daaronder zijn de reacties om de bouwstenen van RNA en DNA aan te maken, maar ook de stofwisseling voor de twintig essentiële aminozuren, van achttien vitamines en voor de aanmaak van eiwitten. Die zou LUCA (een Engelse afko voor de eerste, de Anglosaksen zeggen laatste, gemeenschappelijk voorouder) ook hebben gehad, redeneerden de onderzoeksters.
Die reacties gebruiken uitgangsproducten als waterstof, kooldioxide en ammoniak. Die zouden in de oertijd van het leven ruim voorhanden zijn geweest, maar waar kwam de energie die nodig was voor die stofwisseling vandaan?
Vermoedens
Wimmer: “Er waren vele vermoedens, maar men heeft het niet in de stofwisseling zelf gezocht.” Dat hebben de onderzoeksters dus wel gedaan. Met behulp van rekenmodellen onderzochten ze de energiebalans van de reacties. Of een reactie spontaan (dus zonder toevoeging van energie) verloopt hangt mede af van de omstandigheden. Dan gaat het om zaken als zuurgraad, temperatuur, concentraties en uitgangsstoffen.
Uit het rekenwerk volgde dat die stofwisselingsreacties konden verlopen bij een pH-waarde van 9 (basisch milieu) en een temperatuur van zo’n 80°C. Er zou waterstof moeten zijn om kooldioxide te ‘fixeren’. Wimmer. “Zonder waterstof gaat het niet als je CO2 in de stofwisseling wilt betrekken.”
Als aan die voorwaarden voldaan is loopt een groot deel van die 402 reacties zonder extra energie. Sommige reacties leveren zelfs energie op. “Dat is opmerkelijk omdat die ingewikkelde stofwisseling dan opeens een natuurlijke ontwikkeling wordt, die zich onder de juiste omstandigheden voltrekt”, zegt William Martin van de universiteit van Düsseldorf.
De stofwisseling zelf leverde de energie voor de eerste vormen van leven. Wimmer: “Wij hebben aangetoond dat de energie voor het eerste leven puur chemisch is. We hadden geen zonlicht nodig, geen meteorieten, geen uv-licht, alleen waterstof en kooldioxide plus ammoniak en zout.”
Die ingrediënten zouden er zijn geweest op de bodem van de oceanen. Met hun vinding zouden de onderzoeksters het vermoeden van de warmwaterbronnen als oorsprong van het leven versterken, maar de discussie zal met dit onderzoek niet weg zijn. Wordt vervolgd, ongetwijfeld.
Bron: bdw