Leven uit roestig metaal

Share Button

In een uniek experiment gaan wetenschappers proberen om leven te scheppen uit niet-levende materie. Zonder verder ook maar iets te doen. Wel bestaat dit proto-leven niet uit koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof, maar uit metaaloxiden. Roest dus.

Leven was al snel op aarde actief
Het blijft een van de grootste raadsels in de wetenschap. We weten dat het leven meer dan drieëneenhalf miljard  jaar geleden voor het eerst opdook op aarde, vlak nadat het helse hadeïcum – het tijdperk dat de aarde geregeld in een lavapoel werd veranderd door asteroïden en planetesimalen – af was gelopen.Wat de oorzaak van het ontstaan van het leven ook was, het moet dus snel zijn ontstaan (of zoals de panspermisten geloven, op aarde zijn neergeregend vanuit de ruimte).

RNA-wereld
We weten uit de opbouw van ribosomen, onderdelen van cellen die RNA vertalen in eiwitten en zelf ook bestaan uit RNA – ook dat het leven op een gegeven moment door een RNA-fase moet zijn gegaan.

RNA vormt soms net als DNA een dubbele spiraal, maar komt meestal als enkele spiraal voor.

RNA vormt soms net als DNA een dubbele spiraal, maar komt meestal als enkele spiraal voor.

RNA is minder bekend dan DNA: ook RNA kan erfelijke informatie dragen maar RNA is chemisch minder stabiel dan DNA.

Uniek aan RNA is dat het molecuul erfelijke informatie draagt, ook in staat is om zichzelf te kopiëren en tegelijk als enzym (werkmolecuul) kan werken – RNA-enzymen, ribozymen, bestaan nog steeds. Kortom: RNA zou wel eens het vooroudermolecuul voor het eerste leven kunnen zijn geweest.

Er zijn verschillende argumenten om te geloven dat er misschien voor de RNA-wereld nog een ander levend systeem was. Om te beginnen: ribonucleotiden, de bouwstenen van RNA, zijn erg zeldzaam in bijvoorbeeld chondrieten: koolstofmeteorieten die wel wel rijk zijn aan aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Er ontbreekt dus een mechanisme dat de ribonucleotiden concentreert of selectief creëert.

Nog een vervelend probleem: veel moleculen komen in een linksdraaiende en een rechtsdraaiende variant voor. Linksdraaiende en rechtsdraaiende ribonucleïnezuren vormen onderling geen voor leven interessante verbindingen. Ook is RNA zelf nogal instabiel (een RNA-molecuul gaat enkele dagen mee) en RNA-bouwstenen gaan niet snel uit zichzelf aan elkaar kleven.

Begon leven als roest?
Geen wonder dat onderzoekers druk op zoek zijn naar alternatieve verklaringen waarin aminozuren een grotere rol spelen. In een gedurfd experiment gaan onderzoekers hetzelfde proberen wat in vervlogen eeuwen diverse vitalisten probeerden: uit dode materie replicerende structuren creëren (zichzelf kunnen kopiëren is het belangrijkste kenmerk van leven).

Een oxometalaat bestaande uit vanadium en zuurstof. In het centrum een chlooratoom.

Een oxometalaat bestaande uit vanadium en zuurstof. In het centrum een chlooratoom.

De onverwachte uitgangsmaterialen: metaaloxiden. Experimenteel chemicus Leroy Cronin en zijn team ontdekten namelijk dat polyoxometalaten, complexe oxides (verbindingen met zuurstof) van metalen als molybdeen, vanadium en wolfraam, in staat zijn om uit het niets dingen te vormen die lijken op levende structuren: wielvormige structuren, buizen, holtes, holtes in holtes  en dergelijke.

In de chemische industrie zijn metaaloxides gewilde katalysatoren (stoffen die helpen bij het vormen van andere stoffen, maar zelf onveranderd blijven).

Cronin veronderstelt nu dat metaaloxides een vergelijkbare rol hebben gespeeld bij het vormen van het eerste leven. Het verhaal begint bij een vorm van ‘metaaloxide-leven’ dat bestaat uit ingewikkelde clusters die metaalionen en zuurstof opslokken om zichzelf te kopiëren.

Door de ingewikkelde configuratie van elektronen op het oppervlak van een metaaloxide, kan een soort sjabloon ontstaan waarop aminozuren zich hechten en zo als het ware worden gekatalyseerd om zich te ontwikkelen tot eiwitten. Mogelijk kan een soortgelijk effect zijn opgetreden voor de vorming van het eerste RNA, dat zich concentreerde op een metaaloxide-oppervlak of in een metaaloxide-cel.

In vijfduizend uur proto-leven creëren
In een nieuw, vijfduizend uur durend experiment testen Cronin en zijn team nu uit of evolutionaire druk op deze metaaloxideclusters leidt tot selectie. In het experiment worden flessen met polyoxometalaat-oplossingen plus ‘voedingsstoffen’ continu geroerd en in beetjes op toevallige wijze aan elkaar toegevoegd. Als Cronins theorie klopt, zullen zich in sommige flessen metaaloxideclusters vormen die in staat zijn zichzelf te kopiëren en de fles als het ware over te nemen. Als enkele van deze clusters terecht komen in andere flessen, zullen ze deze ook “besmetten” en muteren tot nog effectievere zichzelf vermenigvuldigende clusters. Er zijn ondertussen chemische methodes ontdekt om uit te vinden of het hier dan inderdaad gaat om een niet puur thermodynamisch proces, m.a.w. een protovorm van leven.

Op aarde zou molybdeen-gebaseerd leven weinig kans maken (een korte periode wellicht uitgezonderd tot koolstof-gebaseerd leven het overnam), maar elders in het heelal ligt dit misschien heel anders. Misschien liggen er op dit moment wel metaaloxide-wezens te bakken in de warme gloed van een verre ster…

bron: New Scientist

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

4 reacties

  1. Julie schreef:

    Abiogenese is het (hypothetische) ontstaan van leven uit niet-levende materie, als gevolg van chemische en fysische processen. Kleideeltjes hebben katalytische eigenschappen waardoor zich organische moleculen kunnen vormen. Deze moleculen kamen verder voor bij onderwatervulkanen die hiervoor een ideale chemische omgeving vormde. Om te kunnen leven is kunnen copiëren niet genoeg; replicatoren moeten een beschermend membraam vormen, zoals celmembramen.
    Maar molybdeen-gebaseerd leven vormen structuren..,
    dus kan abiogenese misschien aanvullen.

    • admin schreef:

      Klopt, men denkt dat abiogenese misschien plaats heeft gevonden in deze structuren. Er moet op een gegeven moment een proces zijn geweest dat RNA-bouwstenen heeft geconcentreerd. Of… selectief heeft gevormd…

      • Barry schreef:

        Dit proces is niet hypothetisch en niet selectief, ik heb laatst een keer verteld dat ik een professor op de televisie ermee bezig heb gezien, hij had het bruine goedje een week laten pruttelen, het was eerst doorzichtig maar na een paar dagen veranderde het in bruin en na een week ontstond er leven uit dood materiaal.

  1. 11 februari 2011

    […]  Autokatalytische verschijnselen als vuur, tinpest en kristallen, ook RNA-strengen, prionen en andere moleculen  zijn in staat zich te vermenigvuldigen. Gooi een zeer klein kristalletje natriumsulfaat (glauberzout) in een verzadigde natriumsulfaatoplossing en er vormt zich snel een enorm kristal. Sommige kristallen splitsen zichzelf tijdens het groeien in stukken die ook weer uit kunnen groeien. Er is sprake van een structurele verandering, metabolisme dus, en vermenigvuldiging. In de meeste gevallen zijn deze structuren niet in staat om te evolueren omdat ze nauwelijks informatie bevatten. In enkele gevallen (zoals RNA maar ook bepaalde mineralen zoals kleiplaatjes) zijn wel ingewikkelder structuren mogelijk. Onderzoekers testen nu bijvoorbeeld uit of bepaalde typen metaaloxiden dergelijke evoluerende structuren kunnen vormen. […]

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger