Hoe is leven ontstaan?

Het leven op aarde begon niet met DNA. Maar waarmee dan wel? Het antwoord ligt hopelijk in de diepzee.

Het idee is dat 4,5 miljard geleden – de aarde was net ontstaan – er alleen steen, puin, water en gas was. Een miljard jaar later was er ook leven.

Hoe is chemie biologie geworden? Hoe konden moleculen uiteindelijk een kloppend hart vormen? Daarover breken veel onderzoekers tegenwoordig hun geëvolueerde hersenen.

Stanley Miller en Harold Urey vestigden zestig jaar geleden in één klap een nieuw wetenschapsgebied dat op zoek ging naar de chemie van het eerste leven. In hun Science-artikel van 15 mei 1953 schrijven ze hoe ze de vroege aardse atmosfeer in een reactievat imiteerden. Ze circuleerden een mengsel van water, waterstof, ammoniak en methaan langs elektroden waar elektrische ontladingen plaatsvonden. Na een maand waren er aminozuren gevormd. Dat zijn de bouwstenen van eiwitten – onontbeerlijk voor aards leven.

Jammer genoeg namen Miller en Urey de verkeerde uitgangsstoffen. En ze zochten naar moleculen die nú het leven bepalen: DNA en eiwitten. Maar die twee molecuulsoorten hebben een onoverkomelijk kip- en eiprobleem. Om eiwitten te maken heeft een organisme genen nodig. Die bestaan uit DNA. Maar DNA heeft op zijn beurt eiwitten – enzymen – nodig om zichzelf te kunnen kopiëren. De conclusie was dat het leven nooit kon beginnen met DNA en eiwitten. De zoektocht ging verder.

In de jaren zeventig en tachtig rees de ster van RNA. Lang was het gezien als een onopvallende intermediair tussen DNA en eiwitten. Een DNA-kopie, vastgelegd in messenger-RNA, vertrekt uit de celkern om als mal voor de eiwitsynthese te dienen. De aandacht kwam toen bleek dat RNA-moleculen ook als enzym kunnen werken (ribozymen).

Wat zou het mooi zijn, was het idee, als er een RNA-molecuul bestond met de enzymatische kracht om zichzelf, inclusief erfelijke code, te vermenigvuldigen. Zo’n replicase bestáát. Er zijn RNA-moleculen die zichzelf vermenigvuldigen. En daarbij kopieerfouten maken, zodat er variatie ontstaat. Dat is evolutie.

Verpak die RNA-moleculen in een eenvoudig membraan. Dan is er een primitieve cel. Eind vorige eeuw was duidelijk dat de DNA-eiwit-wereld was voorafgegaan door een RNA-wereld.

Ook die wereld moet al vrij complex zijn geweest. Er zijn mineralen, vetten, andere organische moleculen nodig om de RNA-wereld te onderhouden. En hoe is RNA ontstaan? Het is geen stabiel molecuul. En de bouwstenen ervan zijn niet reactief genoeg om snel lange RNA-moleculen te vormen. De stap van een ‘oersoep’ naar zelforganiserende RNA-systemen die de overgang naar leven tekenden is erg groot. Zit er nog iets tussen oersoep en RNA? Die vraag is onbeantwoord.

Het idee heeft postgevat dat het leven is ontstaan rond warme bronnen en mineraalformaties in de diepe zee. In kleine holtes in die formaties kan de chemie tamelijk bizar zijn geweest. Misschien dat daar de eerste stofwisseling ontstond, nog voordat er leven was.

Wim Köhler