Zelfassemblage van bolletjes eiwit
Gisteren las ik in mijn wekelijkse bezoekje aan een mooi hotel een tijdschrift over wetenschap. Er stond een interessant artikel in over het ontstaan van leven. Ik heb het met veel plezier en nieuwsgierigheid gelezen, ook omdat ik op dit moment het boek Sapiens aan het lezen ben, waar het gaat over de evolutie van de mens tot wat we nu zijn en waar we nog naartoe gaan. Als ik iets lees wat mij interesse heeft, dan probeer ik me erin te verdiepen. En nu moet ik wel zeggen dat mijn nieuwsgierigheid vaak groter is dan mijn vermogen om me nieuwe stof eigen te maken. Mijn harde schijf draait maar een paar toeren en mijn RAM-geheugen is beperkt. Maar desalniettemin probeer ik altijd de grote lijnen te ontrafelen. Ook voor dit onderwerp. Wetenschappers die dit lezen – al denk ik niet dat welke wetenschapper dan ook mijn site leest – zullen het waarschijnlijk falikant afbranden. Maar toch.. ik doe een kleine poging haha.
Charles Darwin. Wie kent hem niet. Hij dacht dat het leven is ontstaan uit een warme poel. De poel van het leven. Dit wordt ook wel abiogenese genoemd, ofwel de oorsprong van het leven. Vanuit een wetenschappelijk oogpunt natuurlijk en niet vanuit een religieus oogpunt, waarin de aarde en de mens zijn gemaakt door een God. Abiogenese is een natuurlijk proces waarbij leven is ontstaan uit niet-levende materie. Niet levende materie kun je ook gewoon dode materie noemen. Van iets doods is iets levens gemaakt. Interesting stuff. En inmiddels lopen er dusdanig complexe organismen rond, zoals wij mensen. Het is bijna niet voor te stellen. Al is evolutie over miljarden jaren tijd ook lastig voor te stellen. Vind ik tenminste.
Onze huidige aarde zit al een tijdje vol met leven. Letterlijk en figuurlijk. Mensen, bacteriën, vogels in de lucht, vissen in het water, planten, bloemen, katten op de bank. Noem maar op. Eencelligen, meercelligen. Insecten, geleedpotigen, van alles. Archeologen hebben oude fossielen van bacteriën gevonden die worden geschat op 3,5 miljard jaar oud. Wetenschappers denken daarom dat het eerste leven ééncellig was. Die cel zou bijna 4 miljard jaar geleden voor het eerst in een oceaan hebben gezwommen. Daarna was die cel het beu, kreeg pootjes (om te zwemmen), sprong op het land en werd een grote gevaarlijke leeuw. Darwin was de eerste die aannam dat alle organismen op aarde afstammen van deze eerste levensvorm.
Het spontaan ontstaan van leven uit niet-levend materiaal is een denkbeeld van zo’n 350 jaar voor Christus. Aristoteles was de naam. De aarde was miljarden jaren geleden een andere plek dan nu. Het was aanzienlijk warmer en vulkanisch en er zat bijvoorbeeld geen zuurstof in de lucht. Het vulkanisme en de hitte zorgde ervoor dat er gassen met elementen aanwezig waren, zoals ammoniak, methaan, zwavel, calcium, waterstof en koolstof. Gassen die tegenwoordig nog steeds door vulkanen worden uitgestoten. Door hitte en blikseminslagen zouden deze elementen afgebroken worden tot ionen. En die ionen zouden onder invloed van elektrische ontladingen organische verbindingen maken, zoals aminozuren en koolhydraten. Verbindingen die de basale bouwstenen zijn van eiwitten. Louis Pasteur verwierp dit idee in 1859. Hij toonde aan dat een voedzame, maar steriele stof niet spontaan bacteriën of schimmelt maakt. Pas als deze in contact komt met lucht, ontstaat er iets. Maar goed, ook in die situatie ontstaat er leven. Het is alleen een andere samenbrenging en reactie van niet-levende materie.
Latere wetenschappers zochten het begin van het leven in diepe oceanen. Onderzeese bronnen zouden celachtige poriën kunnen vormen. De Amerikanen Stanley Miller en Harold Urey probeerden in 1952 de omstandigheden van de vroege aarde na te bootsen met water en een mengeling van methaan, waterstof en ammoniak in combinatie met energie van een kunstmatige bliksem. Er kwamen aminozuren uit voort: de basale bouwstenen van eiwitten. Later voegde hij nog waterstofsulfide toe aan het experiment – een gas dat vaak voorkomt in en uit vulkanen, waar de vroege aarde rijk aan was. Miller’s mengsel werd bekend onder de naam oersoep. De poelen rondom bestaande geisers hebben trouwens precies de eigenschappen die een eerste leven nodig had. Rijk aan belangrijke organische stoffen en mineralen. Ze waren warm en door hun cyclus van natte en droge omstandigheden ideaal om de basisprocessen op gang te laten komen. Dit maakt dat wetenschappers tegenwoordig denken dat het eerste leven niet in de oceanen is ontstaan, maar op het land. Toen ik twee jaar geleden naast de geisers in IJsland stond, maakte ik overigens nog geen link met het ontstaan van het leven. Het had me op dat moment ook niet echt geïnteresseerd denk ik, want de explosies waren fenomenaal en trokken mijn volledige aandacht. De uitkomsten van de toevoeging van de waterstofsulfide door Miller werden overigens echter pas veel later bekeken en waren verbluffend. Er waren meer dan 20 aminozuren gecreëerd, zoals methionine dat de vorming van eiwitten in cellen op gang brengt.
Maar bolletjes met eiwitten zijn nog geen leven. De bolletjes vormden een aparte omgeving, waarin chemische reacties konden plaatsvinden, die daarbuiten niet mogelijk waren. Dus de volgende stap was dat deze bolletjes stoffen uit hun omgeving moesten gaan inslaan. Wetenschappers denken dat ‘zelfassemblage’ belangrijk was bij het groeperen van oersoepmoleculen om tot iets levens uit te komen. Waarschijnlijk smolten een paar losse moleculen samen en kreeg het klompje hiermee een functie. Moleculen die bij elkaar komen kunnen namelijk speciaal gedrag vertonen. Men denkt dat losse levenloze materie zich onderling combineerde en daarna stapsgewijs ging leven. Geniaal.
De doorbraak in de wetenschap brengt ons als mens dichterbij de vraag hoe het leven is ontstaan. Sommige stukjes van de puzzel zijn in elkaar gevallen, anderen nog niet. Misschien kan er binnenkort wel uit het niets leven worden gemaakt vanuit een laboratorium. Wie zal het zeggen.
