In mythologieën en oorsprongsverhalen over de hele wereld wijzen verschillende culturen en religies op klei als het vat van het leven, het oermateriaal dat scheppende goden doordrongen van een zelfvoorzienend bestaan. Tegenwoordig hebben we biologie om uit te leggen hoe het leven tot stand komt, maar kunnen deze oude verhalen dichter bij het doel komen dan we denken?

In een paper geschreven ter herdenking van het werk van Ned Seeman, uitvinder op het gebied van DNA-nanotechnologie, schetst Helen Hansma, emeritus biofysicus van UC Santa Barbara, haar al lang bestaande idee dat dat primitieve leven, in precellulaire arrangementen die zich ontwikkelden tot onze op lipiden en eiwitten gebaseerde cellen, zijn mogelijk begonnen in kleigrijze. Haar artikel verschijnt in het Biophysical Journal .

Oorspronkelijk bijna 16 jaar geleden voorgesteld, voegt Hansma's hypothese zich bij vele andere speculaties over hoe het leven op aarde voor het eerst tot stand kwam. Onder hen zijn de bekende 'RNA World', waarin zelfreplicerende RNA-moleculen evolueerden tot DNA en eiwitten, en het 'Metabolism First'-concept, dat zegt dat het leven is ontstaan ​​uit spontane chemische reacties. Er is ook een 'pizza'-hypothese die beweert dat het leven afkomstig zou kunnen zijn van terrestrische organische biomoleculen. En er zijn andere kleihypothesen die zeggen dat het leven mogelijk is ontstaan ​​op montmorillonietklei of ijzerrijke klei.

Hansma was niet van plan om erachter te komen hoe het leven op aarde evolueerde toen ze voor het eerst op haar idee kwam. In plaats daarvan speelde ze rond 2007 als onderzoeksbiofysicus en programmadirecteur bij de National Science Foundation met haar favoriete speelgoed - een ontleedmicroscoop en mica-stukken die ze in vellen verdeelde.

"Toen ik naar de stukjes groene algen en bruine smurrie aan de randen van de micavellen keek, dacht ik:dit zou een goede plek zijn om het leven te laten ontstaan," zei ze in een artikel dat voor NSF was geschreven over haar werk.

Haar idee bevat elementen van andere concepten van abiogenese (hoe het leven voortkwam uit niet-levend materiaal), en beweert dat voorlopers van biomoleculen en metabolische processen allemaal tussen lagen mica konden zijn bijeengedreven. Het is een omgeving die enige bescherming bood tegen de buitenwereld, maar toch de vrije uitwisseling van water en andere stoffen mogelijk maakte die essentieel zouden worden voor cellen.

"Mijn beeld is dat de oppervlakken van micavellen een geweldige plek waren voor moleculen om te groeien en processen om zich te ontwikkelen, en uiteindelijk zat alles wat nodig is voor het leven op het mica," zei ze. In wezen fungeerde de mica als steiger en "reactiekamers", waar metabolische processen konden plaatsvinden en evolueren. Het voordeel dat mica-klei heeft ten opzichte van montmorilloniet, voegde Hansma eraan toe, is dat mica's, met kaliumionen die mica-platen bij elkaar houden, niet opzwellen en daarom een ​​stabielere omgeving bieden. Montmorillonietplaten daarentegen worden bij elkaar gehouden door kleinere natriumionen, wat resulteert in krimp en zwelling tijdens nat-droog cycli en een minder stabiele omgeving.

De aanwezigheid van kaliumionen in mica-klei is een andere factor in het voordeel van de mica-kleihypothese:de cellen in levende wezens hebben hoge intracellulaire concentraties van kalium, waardoor mica "een meer waarschijnlijke habitat voor de oorsprong van het leven is dan montmorilloniet."

En waar zou deze prebiotische assemblage de energie vandaan halen om te interageren en zichzelf in stand te houden in de afwezigheid van de biochemische energie die ons lichaam nu aandrijft? In die tijd zou zonlicht een kandidaat zijn geweest, suggereert Hansma, net als mechanische energie, via het openen en sluiten van de micavellen terwijl water in en uit stroomde.

"Het lijkt erop dat deze open-en-gesloten bewegingen manieren waren om moleculen samen te persen, voordat er chemische energie was," zei ze. Deze geforceerde nabijheid zou interacties tussen de moleculen kunnen hebben bevorderd, vergelijkbaar met de acties van enzymen vandaag. Verschillende op elkaar inwerkende moleculen zouden combineren om RNA, DNA en eiwitten te vormen. Lipiden in de mix zouden zich uiteindelijk om de groepen grote moleculen wikkelen en het celmembraan worden.

Dit zijn slechts enkele van de argumenten in Hansma's hypothese die zich lenen voor een leven dat is begonnen in glimmende klei; other support can be found in mica's old age, and in the mineral's affinity for biomolecules and other factors that are thought to have promoted the development of life from non-living molecules.

While it's not likely that we'll ever know with certainty what happened almost 4 billion years ago, it's clear that—as Hansma says—"Life imitates mica in many ways." + Verder verkennen

Mica provides clue to how water transports minerals