analyse

Schepping 2.0

Een foto uit 2010 van het Amerikaanse oceanografisch en atmosferisch onderzoeksinstituut NOAA toont primitieve levensvormen die zich vestigen in een zwavelrijke omgeving rond een onderzeese vulkaan. ©AFP

Biologen willen begrijpen hoe het leven op onze planeet is ontstaan en dat proces zo mogelijk overdoen in het lab. Maar dat blijkt niet zo eenvoudig.

Op een dag, toen de aarde nog jong was, moet het eerste leven op onze planeet zijn ontstaan uit niet-levende materie. Misschien in een ‘warme kleine vijver’, zoals Charles Darwin het zich voorstelde. Of bij een heetwaterbron op de oceaanbodem of in een uitdrogende lagune, zoals recentere hypotheses stellen. Of op nog een andere plaats waar water, energie en de nodige chemische ingrediënten voorhanden waren.

Als je gelooft dat het leven uit de ruimte op aarde is neergedaald, dan verschuift dat het probleem slechts. Dan moet het leven elders uit niet-leven zijn ontstaan. Misschien wel in een ‘warme kleine vijver’ op een andere planeet.

Wetenschappers willen begrijpen hoe het eerste levende organisme precies is ontstaan. En de beste manier om iets echt te begrijpen is het na te bouwen. Maar het nabootsen van het proces waarbij het allereerste leven is ontstaan, is niet vanzelfsprekend.

Het moderne onderzoek nam een vliegende start in 1952, met een beroemd experiment van Harold Urey en Stanley Miller. In een grote fles brachten ze water, methaan, ammoniak en waterstof samen, de samenstelling van de atmosfeer van de jonge aarde nabootsend. Ze verwarmden het mengsel en koelden het af, lieten het water verdampen en weer condenseren, en lieten vonken overschieten in de fles om bliksem na te bootsen.

Zelfs de eenvoudigste hedendaagse bacterie is het resultaat van miljarden jaren evolutie.

Na een week had zich onderaan een brij gevormd, die tot groot enthousiasme van de onderzoekers 13 soorten aminozuren bevatte. Aminozuren zijn belangrijke bouwstenen van alle levende wezens. Helaas bleef het daarbij: losse bouwstenen, geen levend organisme. Later bleek bovendien dat Miller en Urey de samenstelling van de vroege aardse atmosfeer fout hadden ingeschat. Terug naar af dus.

Na Urey en Miller werd het onderzoek steeds verfijnder voortgezet. Tot dusver is daarbij nog niets levend uit de reageerbuizen komen kruipen, maar de onderzoekers hebben al veel bijgeleerd. Een belangrijk inzicht is dat het leven zoals we dat nu kennen veel te ingewikkeld is om in één keer uit niet-levende stoffen voort te komen. Zelfs de eenvoudigste hedendaagse bacterie is een buitengewoon geavanceerde machine, het resultaat van miljarden jaren evolutie.

Chemische werktuigen

Het leven moet in een veel eenvoudiger vorm zijn begonnen, om nadien te evolueren tot de geperfectioneerde vorm die we nu kennen. Een invloedrijke hypothese over wat die eenvoudiger vorm kan zijn geweest, is de ‘RNA-wereld’.

Hedendaagse levende wezens maken gebruik van ingewikkelde DNA-moleculen om hun genetische informatie op te slaan. Maar naast het DNA zijn een heleboel andere moleculen nodig, waaronder eiwitten die als enzymen dienstdoen, een soort chemische werktuigen die een handje helpen bij ontelbare processen in een organisme.

Wetenschap op het randje

Wat voor de ene wetenschapper een gedurfde hypothese is die misschien tot een doorbraak leidt, is voor de andere pure speculatie. Deze zomer begeven we ons acht weken op het gladde ijs van onbewezen maar fascinerende ideeën.

Vandaag: Kunnen we de schepping overdoen?

Die combinatie stelt een soort kip-en-eiprobleem: DNA is nodig om enzymen te maken, maar enzymen zijn nodig om het DNA aan het werk te zetten en zich te laten reproduceren. Ze kunnen niet zonder elkaar. En verwachten dat ze allebei samen uit een niet-levende brij tevoorschijn komen, is wel erg veel gevraagd.

Dat is waar RNA te hulp komt. De iets eenvoudiger variant van DNA kan zowel genetische informatie opslaan en dienstdoen als enzym. Dat elimineert het kip-en-eiprobleem. Mogelijk bestond voor onze ‘DNA-en-eitwittenwereld’ een hele tijd een ‘RNA-wereld’, met uiterst primitieve microscopische levensvormen die helemaal op RNA gebaseerd waren. Waarna het veel performantere DNA-en-eiwittensysteem evolueerde en de zaak overnam.

Hoe RNA zelf is ontstaan, daaraan wordt ook gewerkt. Een team onder leiding van John Sutherland van de universiteit van Cambridge rapporteerde in 2015 een mogelijke stap op weg naar RNA. De onderzoekers slaagden erin in het lab bouwstenen van RNA te maken uit eenvoudige stoffen als waterstofcyanide en waterstofsulfide, bestraald met ultraviolet licht, en tegelijk ook de bouwblokken van eiwitten en vetten. Daarmee zouden dan ineens alle belangrijkste ingrediënten van leven voorhanden zijn.

Het is echter ook mogelijk dat de toch al behoorlijk complexe RNA-wereld zelf al het resultaat is van een lange evolutie, en dat het leven in een nog veel eenvoudiger vorm is begonnen. Onderzoekers van het Lawrence Berkeley-laboratorium in Californië en de Stony Brook-universiteit in New York lanceerden vorig jaar een model waarin niet RNA, maar een soort eenvoudige eiwitmoleculen aanvankelijk de beide rollen van informatieopslagmedium en enzym speelden. RNA zou dan later zijn geëvolueerd als een betere vorm van informatieopslag, nog later gevolgd door DNA.

Een andere hypothese is dat alles is begonnen met stofwisseling: een keten van chemische reacties die elkaar in stand hielden, energie uit hun omgeving benutten en de vorming van nieuwe stoffen stimuleerden. De Belgische Nobelprijswinnaar Christian de Duve dacht in die richting. Verscheidene combinaties van eenvoudige moleculen zijn al genoemd als kandidaten om aan de keten deel te nemen. Op die al bestaande stofwisseling zou zich vervolgens complexer leven, bijvoorbeeld met RNA, hebben geënt.

Het zijn maar enkele ideeën die circuleren. Soms lijkt het alsof er evenveel hypothesen als onderzoeksgroepen zijn, en er komen er nog geregeld bij.

Synthetisch DNA

Op een heel andere manier heeft de wetenschap intussen wel grote vooruitgang geboekt in het ‘maken van leven’. Daarbij wordt niet geprobeerd het oorspronkelijke ontstaan van leven op de jonge aarde na te bootsen, maar proberen de onderzoekers om het leven zoals dat vandaag bestaat na te bouwen uit niet-levende bouwstenen.

Een team onder leiding van de genoompionier Craig Venter slaagde er in 2010 al in het volledige DNA van een bacterie synthetisch te maken, met enkele wijzigingen erin, zoals de gecodeerde namen van de 46 teamleden. Dat DNA werd ingebracht in een bacteriële cel. Die bleek te leven en zich voort te planten, met het synthetische in plaats van het natuurlijke DNA. Het was eerder al gelukt met een virus.

Het is dus mogelijk in een lab iets levend te bouwen uit niet-levende onderdelen. Maar een nieuwe bacterie bouwen naar het voorbeeld van een bestaande, lijkt op stiekem kijken naar de antwoorden achterin het boek. Hoe het leven voor de allereerste keer is begonnen, toen er nog geen voorbeeld was om na te bouwen, weten we nog altijd niet.

Lees verder

Advertentie
Advertentie
Advertentie
Advertentie

Gesponsorde inhoud

Partner content