Rotsspleten zouden proto-leven hebben gevoed

Een groot chemisch mysterie ligt aan de oorsprong van het leven. De voorlopers van de huidige complexe biomoleculen werden ooit gevormd uit eenvoudige moleculenin chemische reacties. Maar hoe kwamen precies die bouwstenen waaruit de voorouders van eiwitten en nucleïnezuren zich konden ontwikkelen steeds weer samen uit de enorme verscheidenheid aan chemische stoffen? Een team onder leiding van Christof B. Mast van LMU München heeft nu een mechanisme voorgesteld dat in miljoenen jaren herhaaldelijk vergelijkbare stoffen heeft opgebouwd onder vergelijkbare omstandigheden. Zo meldt het team in het wetenschappelijke tijdschrift Nature, kunnen temperatuurverschillen in scheuren en spleten in gesteenten de bouwstenen van het leven sorteren. Dergelijke spletenstelsels worden ook besproken als oorsprong van het leven.

De voorlopers van RNA, DNA en eiwitten moeten miljoenen jaren lang herhaaldelijk op ongeveer dezelfde manier uit soortgelijke moleculen zijn gevormd om uiteindelijk de eerste proto-organismen te doen ontstaan. En lang daarna moeten de benodigde bouwstenen zich zijn blijven ophopen, zodat de chemie bij de oorsprong van het leven niet is afgebroken. Deze stabiele aanvoer van specifieke bouwstenen gedurende miljoenen jaren is moeilijk te verklaren - deskundigen hebben tientallen mogelijke mechanismen voorgesteld, allemaal met hun eigen voor- en nadelen.

Het team van Mast heeft nu laten zien dat zelfs kleine temperatuurverschillen voldoende zijn om de bouwstenen van het leven anders te laten sorteren in spletenstelsels. In een experiment toonden ze aan dat twee chemisch vergelijkbare stoffen zich ophopen in verschillende gebieden van een dunne buis als de ene kant van de buis 15 graden Celsius warmer is dan de andere. Aan de ene kant stijgt de vloeistof op aan de warme kant en zinkt hij aan de koude kant, en aan de andere kant worden de moleculen in verschillende mate weggedreven van de warme wand. Het tweede proces staat bekend als thermoforese. Samen zorgen deze twee processen ervoor dat de moleculen niet allemaal even lang in de opwaartse stroming blijven en in verschillende mate verrijkt zijn aan de uiteinden van de buis.

Om aan te tonen dat een netwerk van zulke met water gevulde openingen bouwstenen van leven kan sorteren, construeerde het team een systeem van drie holtes dat aan de ene kant 16 graden warmer was dan aan de andere kant. De experimenten met bouwstenen van eiwitten, RNA en DNA laten zien dat stoffen zich daar ruimtelijk anders rangschikken. Ook bleek dat het effect het reactieve molecuul trimetafosfaat genoeg verrijkt om een reactie tussen aminozuren aan te sturen. Het voordeel van de hypothese van Mast's team is dat met water gevulde rotsspleten overal op de jonge Aarde aanwezig waren, en dat de ophoping van stoffen dus op een vergelijkbare manier kon plaatsvinden gedurende miljoenen jaren - overal waar een warmtebron in de buurt was. Dit verklaart waarom er gebieden waren met stabiele omstandigheden en een constante aanvoer van stoffen voor een zeer lange tijd. Complexe en later animale chemische systemen konden zich daar ontwikkelen.

Spectrum van de wetenschap

Wij zijn partner van Spektrum der Wissenschaft en willen gefundeerde informatie toegankelijker voor je maken. Volg Spektrum der Wissenschaft als je de artikelen leuk vindt.