Dat het leven op aarde is ontstaan in het water, daar zijn wetenschappers van overtuigd, maar hoe dat precies kon gebeuren was tot nu toe een raadsel. Eindelijk wordt er een tipje van de sluier opgelicht.
Water wordt beschouwd als een cruciaal onderdeel voor het ontstaan van leven. We zijn niet voor niets naarstig op zoek naar nattigheid op verre planeten. In water zitten aminozuren die peptiden (mini-eiwitten) vormen, de bouwstenen van het leven. Scheikundigen van de gerenommeerde Purdue University hebben nu het mechanisme ontdekt waardoor deze peptidevormende reacties in water kunnen plaatsvinden. “Dit is in feite de chemie achter de oorsprong van het leven”, zegt Graham Cooks, van Purdue. Hij spreekt van ‘een historische ontdekking’. “We laten voor het eerst zien dat oermoleculen, eenvoudige aminozuren, spontaan peptiden vormen in druppeltjes zuiver water.”
De rand van een waterdruppel
Hoe dat zit verdient enige uitleg. Een peptide ontstaat door de binding van aminozuren. Die aminozuren kwamen door meteorieten veelvuldig op aarde terecht. Elke binding tussen twee aminozuren kost echter één watermolecuul. Daar is energie voor nodig in de vorm van enzymen. Maar enzymen zitten alleen in levende cellen. Toen het eerste leven op aarde ontstond waren die enzymen er helemaal nog niet. Bovendien: het verbruik van een watermolecuul in een natte omgeving is onwaarschijnlijk. Dat is dan ook niet wat er gebeurde. Maar wat gebeurde er dan wel? Of beter gezegd: waar gebeurde het? Niet diep in het water, maar aan de rand, waar een waterdruppel de lucht raakt.
“Water is niet overal nat”, zegt Cooks. En dat is de sleutel tot de oplossing van het mysterie. Aan de rand van een waterdruppel, waar het water dus de atmosfeer raakt, kunnen ongelooflijk snelle reacties plaatsvinden, waarbij de aminozuren worden omgezet in bouwstenen voor leven. Dat gebeurt niet overal, maar vooral op plekken waar zeedruppels de lucht invliegen, golven op het land beuken of waar zoet water tegen een kade klotst. Dat zouden de plekken zijn waar het eerste leven is ontstaan.
Gigantisch snel
Om tot deze conclusie te komen hebben de wetenschappers meer dan tien jaar lang met zogenoemde massaspectrometers de chemische reacties bestudeerd in druppeltjes water. Vooral de snelheid van de reacties was overdonderend. “De reacties waren honderd tot een miljoen keer sneller dan wanneer dezelfde peptiden in een bak water reageren”, legt Cooks uit. Enzymen zijn dan niet meer nodig als katalysator.
En dat brengt een verklaring voor het ontstaan van leven op aarde ineens een stap dichterbij. Niet alleen is dat een heel spannende ontdekking, het kan ook de zoektocht naar buitenaards leven verder brengen. Nu we weten dat het leven vermoedelijk het eerst ontstond aan de randen van waterdruppels kunnen we specifieker zoeken op andere planeten en manen.
Nieuwe medicijnen
Dat wetenschappers begrijpen hoe aminozuren zichzelf hebben opgebouwd tot eiwitten om uiteindelijk leven te vormen is ook belangrijk voor het begrip van chemische synthese. Dit zou wetenschappers kunnen helpen bij de ontwikkeling van nieuwe medicijnen voor allerlei ernstige ziektes. “Als je ’s nachts over een academische campus loopt, zijn in de gebouwen waar de lichten nog branden de synthetische chemici aan het werk”, zegt Cooks. “Hun experimenten zijn zo traag dat ze dagen of weken achter elkaar lopen. Door onze ontdekking is dat niet meer nodig. Zo kunnen we de synthese van nieuwe chemische stoffen en potentiële nieuwe medicijnen versnellen.”
Voor de behandeling van sommige ziektes zijn namelijk peptiden nodig. Die kunnen door de methode met de waterdruppels mogelijk veel sneller worden gemaakt en dus kunnen er sneller nieuwe medicijnen worden getest. Zo blijkt een ontdekking over het allereerste leven op aarde ook in de toekomst nog van groot nut.
