Ontstaan van het leven: een koud kunstje?

Er zijn ongetwijfeld tientallen hypothesen die proberen te verklaren hoe het leven hier zovele jaren geleden ontstaan is; de één al plausibeler dan de andere. Ik zal er hier één proberen uit te leggen die de laatste tijd aan een opmars bezig is, en enkele andere proberen te weerleggen.

Eerst en vooral moeten we even verduidelijken wanneer we precies kunnen spreken van leven. Dit is meteen het eerste struikelpunt bij wetenschappelijke discussies over het onderwerp. Bestaat het leven van zodra de eerste cel ontstond? Of kunnen we dat nog niet als leven beschouwen? Moeten we het later zoeken, bij meercelligen? Of is de samenwerking van enkele moleculen al een teken van leven?
De meeste wetenschappers zijn het er echter over eens dat we het over leven kunnen hebben als er RNA-moleculen bestaan.

RNA lijkt een beetje op DNA, meer nog: het is hoogst waarschijnlijk de voorloper ervan. De algemeen aanvaarde theorie is dat RNA de eerste drager van genetische informatie was, en we vinden het in die functie nog steeds terug bij ééncelligen. Bij meercelligen is dit vervangen door DNA, dat stabieler is en dus beter bruikbaar.

Waarom mogen we RNA als eerste teken van leven beschouwen? Dat is een redelijk moeilijk stukje wetenschap dat ik nu zal proberen toe te lichten.
RNA heeft behalve zijn functie als erfelijk materiaal ook de mogelijk tot enzymatische activiteit. Dit houdt in dat het kan functioneren als een enzym (een soort eiwit) en bijgevolg een aantal processen in de cel kan sturen. Deze activiteit is cruciaal, want zonder RNA zouden we nooit enzymen hebben die zorgen voor de productie van andere enzymen. En zouden we dus nooit leven hebben.
We zouden ook enzymen, of eiwitten in het algemeen, kunnen beschouwen als eerste teken van leven, maar die redenering bevat een grote fout, aangezien RNA net verantwoordelijk is voor de productie van die eiwitten.
Conclusie is dus: RNA betekent leven.

Nu we weten wanneer we van leven kunnen spreken, kunnen we onderzoeken hoe, wanneer en onder welke omstandigheden dit ontstond.

De grootste pionier in dit onderzoek is Stanley Miller, bij velen onder u wellicht bekend van het Miller-experiment. Hierin bewees hij dat organische moleculen ontstonden in een warm 'oersoepje' van zuurstof, stikstof, waterstof, koolstof en nog enkele andere chemische elementen.

Wat minder bekend is, is dat hij nog veel meer experimenten heeft uitgevoerd. Zo heeft hij dit soepje tientallen keren gemaakt en onder telkens andere omstandigheden bewaard. Vooral de temperatuur was een cruciale variabele. Hiermee poogde hij de verschillen in temperatuur op aarde na te bootsen om zo te ontdekken wanneer het leven precies ontstond.

In 1997 haalde hij één van die proefbuisjes boven. Dit had gedurende ruim 25 jaar staan wachten op de lage temperatuur van -78°C. Het resultaat dat hij kreeg bij het ontleden van de inhoud was verbluffend: het mengsel bevatte nucleobasen en aminozuren, respectievelijk de bouwstenen van RNA (en DNA) en eiwitten.

Bij latere, gelijkaardige experimenten is zelfs gebleken dat niet alleen nucleobasen, maar zelfs kleine RNA-moleculen gevormd kunnen worden! Het mechanisme daarvan is volgens sommige wetenschappers behoorlijk eenvoudig. Bij het bevriezen vormen de watermoleculen een rooster, waarbij andere stoffen (zuurstof, koolstof, stikstof, ...) verzameld worden in kleine holtes in het ijs. Volgens de chemische wetten is de kans dan veel groter dat die stoffen zullen binden en moleculen vormen. Uiteindelijk zou dan RNA ontstaan zijn in die holtes in het ijs.

Als in de zomer dan het ijs gedeeltelijk smolt, zouden die holtes in verbinding komen met elkaar en zou 'kruisbestuiving' plaatsvinden tussen de verschillend RNA-moleculen, waardoor deze steeds langer worden en uiteindelijk ook enzymatische activiteit verkregen. Sommige RNA-moleculen kunnen bijvoorbeeld andere RNa's knippen en plakken. Zo ontstond er uiteindelijk een wereld van zichzelf reproducerende RNA-moleculen. Toen het ijs smolt konden deze bovendien nog gemakkelijker met elkaar in interactie treden en nog langere ketens vormen.

De basis voor het leven was dus gelegd.


Deze theorie is zeker niet de enige theorie die momenteel aanhangers heeft. Hier volgen er nog enkele:

Begin twintigste eeuw geloofde men dat het leven naar aarde was gebracht door meteorieten. De chemicus Svante Arrhenius was de grootste verdediger van deze panspermie-theorie. Wat men toen echter nog niet wist, is dat microben niet lang kunnen overleven in de ruimte, en dus dood zouden aankomen op aarde.

Een andere chemicus, Graham Cairns-Smith, beweerde in de jaren zestig van de vorige eeuw dat het leven ontstond in groeiende kleikristallen, waarin organische moleculen zich organiseerden tot grotere structuren. Ook deze theorie kunnen we in de vuilbak gooien, want het is bewezen dat die kleistructuren wel groeien, maar dat chaos daarbij enkel toeneemt. Het leven daarentegen heeft net orde nodig.

Een zeer populaire theorie beweert dat het leven ontstond rond onderzeese vulkanen (zie de vergelijking met de warme oersoep). Men heeft aangetoond dat hier een soort primitieve eiwitten kunnen ontstaan, maar de vorming van RNA en DNA heeft hier hoogst waarschijnlijk nooit plaatsgevonden.

Het kan ook zijn dat organische moleculen zich bonden op mineralen en zo met elkaar in contact kwamen. Mineralen bevatten inderdaad microscopische putjes en gaatjes waarin organische moleculen kunnen binden. Deze theorie is ook nog heel recent en moet nog chemisch onderzocht worden.

Enkele jaren geleden slaagde NASA-onderzoeker Jason Dworkin erin een kosmische oersoep te maken. Hij bestraalde een mengsel van ijs en organische moleculen met UV-stralen en kreeg als resultaat de vorming van membraan-achtige bellen in water. Wat het nog spectaculairder maakt, is dat deze belletjes licht gaven. Hij verklaarde dit als de eerste vorm van energie-voorziening. Hij heeft echter nooit het ontstaan van DNA en RNA kunnen aantonen.