Oersoep, klei of sterrenstof? - Willy van Strien

Tekst voor Natuur & Techniek
Januari 2002
Oersoep, klei of sterrenstof?
Hoe kon het leven ontstaan? In een oersoep? Of kwam het uit de ruimte? Een aantal theorieën
tegenover elkaar gezet.
Willy van Strien
Het ontstaan van leven op onze planeet is een raadsel. De eerste cellen verschenen 3,6 miljard
jaar geleden, volgens sommigen zelfs al 3,8 miljard jaar geleden. Daarmee was een
ingewikkeld proces afgerond. Die eerste cellen waren namelijk volwaardige, biochemisch
gezien moderne organismen – met een stofwisseling en een genetische code waarin de
blauwdruk van hun bouw vast lag.
Zij moeten in korte tijd zijn ontstaan. De aarde is 4,5 miljard jaar oud. Aanvankelijk ging het
er heftig aan toe. Er waren regelmatig flinke botsingen met andere hemellichamen en daarbij
kwam zoveel energie vrij dat organische moleculen (moleculen met koolstof; ook de
bouwstenen van het leven zijn koolstofhoudende moleculen), als ze er al waren, snel weer
uiteen zouden vallen. Het hevige vulkanisme van die tijd maakte de sfeer nog vijandiger voor
de voorlopers van het leven. Het kosmisch bombardement verminderde pas 4 tot 3,7 miljard
jaar geleden. Zo gauw de omstandigheden het toelieten, waren de eerste cellen er dus binnen
een paar honderd miljoen jaar. Onwaarschijnlijk snel. Hoe kon dat gebeuren?
Allereerst moeten er de nodige bouwstenen geweest zijn. De belangrijkste bestanddelen van
cellen zijn eiwitten (bouwstoffen en enzymen) en de nucleïnezuren RNA en DNA (dragers va
de erfelijke informatie). Dat zijn allemaal zeer grote moleculen, oftewel macromoleculen.
Eiwitten zijn ketens van aminozuren; RNA en DNA hebben een ruggengraat van een suiker
(ribose respectievelijk desoxyribose) en fosfaat waaraan vier verschillende basen (adenine,
guanine, cytosine en thymine (in DNA) of uracil (in RNA) zijn gekoppeld). Daarnaast
bevatten cellen nog lipiden (esters van glycerol en vetzuren; bestanddelen van membranen) en
allerlei suikers, die enerzijds gebonden zijn aan eiwitten en membranen en anderzijds
aaneengeschakeld zijn tot koolhydraten (energievoorraad).
Verschillende ideeën
Er bestaan verschillende ideeën over hoe deze bouwstenen op de jonge aarde gevormd zouden
kunnen zijn.
Het bekendste idee is gebaseerd op de beroemde proeven van Harold Urey en Stanley
Miller. In een kolf met water en daarboven een mengsel van de gassen methaan,
ammonia en waterstofgas (naar hun idee een nabootsing van de oeratmosfeer) wekten

ze elektrische vonken op bij wijze van bliksem. Na een paar dagen verscheen een
rozige gloed en bleken er verschillende aminozuren te zijn gevormd. Andere
onderzoekers deden de proeven met kleine wijzigingen na en kregen ook de basen van
DNA en RNA en suikers. Tegenwoordig denkt men dat de aarde vroeger een andere
atmosfeer had, met koolstofdioxide in plaats van methaan, stikstofgas in plaats van
ammonia en nauwelijks waterstofgas. Volgens sommige onderzoekers verloren de
experimenten daarmee hun betekenis, anderen denken dat er op een iets andere manier
wel degelijk organische moleculen hebben kunnen ontstaan.
In gas- en stofwolken tussen sterren die grotendeels bestaan uit waterstofgas, water,
ammonia, methaan en koolstofmonoxide komen ook organische moleculen voor, en
wel aminozuren en organische basen. Ook op het ijs van kometen blijken zulke
moleculen te zitten. Via kometen en meteorieten zijn die organische moleculen op de
jonge aarde beland, luidt de tweede theorie.
Rond de diepzeekraters kunnen, ver onder het wateroppervlak en bij hoge temperatuur
en druk, organische moleculen zijn ontstaan.
Grotere moleculen
Bouwstenen kunnen er dus geweest zijn. Maar hoe konden die losse, kleine verbindingen met
elkaar in contact komen om grotere moleculen te kunnen vormen? De oudste visie is, dat de
organische moleculen waren opgelost in de oceanen tot de zogenoemde oersoep en daarin
grotere verbindingen vormden; het idee is van de Rus Alexander Oparin (die er in 1924 mee
kwam) en de Brit J.B.S. Haldane (die hem in 1929 formuleerde). Maar we beseffen nu dat de
veronderstelde oersoep zo dun moet zijn geweest dat de moleculen elkaar niet ontmoetten en
zulke reacties uiterst onwaarschijnlijk waren.
Er zijn verschillende oplossingen bedacht.
In kleine poelen, de ‘tidal pools’, verdampte het water en dikte de oersoep zover in,
dat de organische moleculen wel met elkaar in aanraking kwamen.
De kleine organische moleculen plakten vast op kleimineralen en ontmoetten elkaar
daar. De mineralen fungeerden vervolgens als katalysator die het aaneenschakelen van
de moleculen versnelde. Zo ontstonden bijvoorbeeld eiwitfragmenten uit aminozuren.
Rond diepzeekraters, waar aminozuren ontstaan, is hun concentratie zo hoog dat ze
kleine eiwitfragmenten kunnen vormen. Ook in geisers ontstonden grotere moleculen.
Kip-of-ei-probleem
In cellen vormen grotere moleculen een functioneel geheel. Het ontstaan van dat geheel is nog
volkomen duister. DNA en RNA zijn bijvoorbeeld nodig voor de bouw van eiwitten, omdat
ze daar de erfelijke informatie voor bevatten. Maar eiwitten zijn nodig voor de
vermenigvuldiging van DNA en RNA, voor het aflezen van de informatie en de vertaling
daarvan naar eiwitten. Dit is een kip-of-ei-probleem. Wat was er eerst?
Sinds we weten dat RNA reacties kan katalyseren alsof het een enzym is, dus dat het sommige
eiwitfuncties kan uitvoeren, denkt men dat er eerst een eiwitloze ‘RNA-wereld’ geweest is,
waarin het RNA zijn eigen vermenigvuldiging regelde. De vraag waar het om draait is dan,
hoe er ondertijd RNA ontstaan is; het ontstaan van eiwitten uit aminozuren buiten levende
organismen is dan niet meer aan de orde.
Maar juist het spontane ontstaan van RNA uit zijn bouwstenen lijkt uitgesloten. Immers: hoe
kan de uiterst regelmatige structuur – een keten van fosfaat en ribose waar de vier basen aan

gehecht zijn – ontstaan zijn in een mengelmoes van allerlei moleculen, waaronder veel andere
suikers dan ribose?
Sommige wetenschappers denken dat er misschien eerst een eenvoudiger drager van
genetische informatie geweest is, maar daar zijn nog geen goede kandidaten voor.
Aliens
Een heel andere en omstreden visie hebben de onlangs overleden Britse astrofysicus Fred
Hoyle en Chandra Wickramasinghe, sterrenkundige uit Sri Lanka. Volgens hen is het leven
niet op aarde ontstaan, maar kwamen eenvoudige eencellige organismen uit de ruimte. Dat
lost de vraag hoe het leven ontstaan is natuurlijk niet op. Het verplaatst dat probleem alleen
maar en het gunt het proces meer tijd.