Het leven op aarde als een elektronisch circuit met micro-organismen

Bioloog Paul G. Falkowski heeft een weidse blik op het bestaan. Als hij, na een bespreking van de eerste twee miljard jaar evolutie, bij de dieren is aangeland, schrijft hij: „Dieren zijn een kleine, tamelijk irrelevante tak aan de stamboom van het leven. Ze zijn net zoals verschillende typen motoren, auto’s en vrachtwagens die allemaal dezelfde basale machinerie gebruiken om te bewegen.”

Zijn boek Life’s engines gaat over die motoren die het leven mogelijk maken en maakten. Het zijn machines die zelfs met een microscoop onzichtbaar zijn, die verstopt zitten in cellen, en waarvan bijna alle onderdelen van eiwit zijn gemaakt. Er zijn maar weinig mensen die van die ‘nanomachines’ alle radertjes en palletjes kennen, en Falkowski is er een van.

Voor hem is de rijkste verzameling van zulke machines te vinden in micro-organismen. Zij hielden in de eerste twee miljard jaar van de evolutie zichzelf draaiende en zo veranderden ze de wereld. Daarover gaat Life’s engines.

Falkowski, hoogleraar aan Rutgers University (New Jersey, VS), begint romantisch. Als kind in een sociale huurflat in New York had hij twee liefhebberijen: aquaria en radio’s. Beide hobby’s bleven. Hij werd biologisch oceanograaf en, belangrijker, hij ziet het leven op aarde als een elektronisch circuit.

Het is geen circuit met snoeren, maar met micro-organismen en chemische stoffen als ATP, chlorofyl, NADPH. Het zijn de stoffen waarmee planten energie halen uit zonlicht. Deze en vergelijkbare chemische reacties zijn de basis van al het leven, en Falkowski beschouwt ze als elektrische schakelingen – schakelingen van nanomachines.

De belangrijkste elektrische schakeling is die van de fotosynthese. Planten zetten met hun bladgroenkorrels CO2 (kooldioxide) om in suikers en ander celmateriaal. Ze moeten daarvoor waterstofatomen toevoegen aan CO2, en dat gaat niet zomaar. Daarvoor gebruiken ze energie uit licht.

Als zonlicht op een bladgroenkorrel schijnt, gebeurt er iets raars met één molecuul (een chlorofyl): er wordt een elektron afgeduwd. Het is in leerboeken vaak uitgelegd. maar Falkowski gebruikt een handige metafoor: alsof het elektron in de spits in een volle trein wordt geduwd. Het past niet, maar het moet. Waar het elektron verdween, ontstaat een gat, en om dat gat te vullen splitst een nanomachientje water in de bladgroenkorrel.

Die reactie is de heilige graal van energietechnologen. H2O wordt zuurstofgas en protonen (waterstofionen). Die protonen en de elektronen uit de trein komen na een reis weer bij elkaar, en vormen met CO2 erbij suikers. De zuurstof is afval – heel agressief chemisch afval.

De eerste organismen die deze fotosynthese beheersten, waren bacteriën. De zuurstof die ze produceerden en in de atmosfeer brachten, zette andere bacteriële elektronencircuitjes in gang. Zo ging het ook met andere reacties. In twee miljard jaar evolutie werd de wereld een chemische fabriek. Zonlicht, kooldioxide, stikstof, waterstofsulfide, alles ging door de raderen van micro-organismen. Ze maakten chemische stoffen die de wereld eerder niet kende. Zuurstof, maar ook ozon, methaan, nitraat.

Het is een reuzengroot verhaal over het ontstaan van leven, waarvan de schoonheid in de details schuilt. Falkowski loodst de vasthoudende lezer er doorheen, en dat is een prestatie. Alleen: wie het boek uitleest, wordt niet beloond. De eindredactie liet steeds meer typfouten staan en Falkowski wilde zijn verhaal nóg verder verbreden met hoofdstukken over synthetische biologie en leven op andere planeten. Daar had beter een extra tekening van de machinerie in een bladgroenkorrel kunnen staan.

    • Hester van Santen