Het leven op aarde begon ergens tussen 3,7 en 4,5 miljard jaar geleden, nadat meteorieten naar beneden spatten en essentiële elementen uitspoelden in warme kleine vijvers, zeggen wetenschappers van de McMaster University en het Max Planck Institute in Duitsland. Hun berekeningen suggereren dat natte en droge cycli fundamentele moleculaire bouwstenen in de voedingsrijke bouillon van de vijvers bonden tot zelfreplicerende RNA-moleculen die de eerste genetische code voor het leven op de planeet vormden.

De onderzoekers baseren hun conclusie op uitvoerig onderzoek en berekeningen waarbij aspecten uit de astrofysica, geologie, scheikunde, biologie en andere disciplines. Hoewel het concept "warme kleine vijvers" al bestaat sinds Darwin, de onderzoekers hebben de plausibiliteit inmiddels bewezen door tal van evidence-based berekeningen.

Hoofdauteurs Ben K.D. Pearce en Ralph Pudritz, beide van het McMaster's Origins Institute en het departement Natuur- en Sterrenkunde, stel dat het beschikbare bewijs suggereert dat het leven begon toen de aarde nog vorm kreeg, met continenten die uit de oceanen tevoorschijn komen, meteorieten die de planeet bekogelen - inclusief die met de bouwstenen van het leven - en geen beschermende ozon om de ultraviolette stralen van de zon te filteren.

"Niemand heeft de berekening eerder uitgevoerd, " zegt Pearce. "Dit is een behoorlijk groot begin. Het is best spannend."

"Omdat er zoveel input is uit zoveel verschillende velden, het is een beetje verbazingwekkend dat het allemaal bij elkaar hangt, " zegt Pudritz. "Elke stap leidde heel natuurlijk naar de volgende. Om ze uiteindelijk allemaal tot een duidelijk beeld te laten leiden, is zeggen dat hier iets goed aan is."

Hun werk, met medewerkers Dmitry Semenov en Thomas Henning van het Max Planck Institute for Astronomy, is vandaag gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Science .

"Om de oorsprong van het leven te begrijpen, we moeten de aarde begrijpen zoals die miljarden jaren geleden was. Zoals onze studie laat zien, astronomie vormen een essentieel onderdeel van het antwoord. De details van de vorming van ons zonnestelsel hebben directe gevolgen voor het ontstaan ​​van het leven op aarde, " zegt Thomas Henning, van het Max Planck Instituut voor Astronomie en een andere co-auteur.

De vonk van het leven, de auteurs zeggen, was de creatie van RNA-polymeren:de essentiële componenten van nucleotiden, geleverd door meteorieten, voldoende concentraties in het vijverwater bereiken en aan elkaar hechten naarmate het waterpeil daalde en steeg door cycli van neerslag, verdamping en drainage. De combinatie van natte en droge omstandigheden was nodig voor de verlijming, zegt de krant.

In sommige gevallen, de onderzoekers geloven, gunstige omstandigheden zorgden ervoor dat sommige van die ketens zich vouwden en zichzelf spontaan repliceerden door andere nucleotiden uit hun omgeving te halen, voldoen aan één voorwaarde voor de definitie van leven. Die polymeren waren onvolmaakt, kunnen verbeteren door darwinistische evolutie, het voldoen aan de andere voorwaarde.

"Dat is de heilige graal van experimentele oorsprong-van-leven-chemie, ' zegt Peerce.

Die rudimentaire levensvorm zou uiteindelijk leiden tot de ontwikkeling van DNA, de genetische blauwdruk van hogere levensvormen, die veel later zou evolueren. De wereld zou alleen worden bewoond door op RNA gebaseerd leven totdat het DNA zich ontwikkelde.

"DNA is te complex om het eerste aspect van het leven te zijn geweest dat naar voren kwam, ' zegt Pudritz. 'Het moest met iets anders beginnen, en dat is RNA."

Uit de berekeningen van de onderzoekers blijkt dat in duizenden vijvers de nodige voorwaarden aanwezig waren, en dat de sleutelcombinaties voor de vorming van leven veel meer kans hadden om samen te komen in dergelijke vijvers dan in hydrothermale bronnen, waar de leidende rivaliserende theorie stelt dat het leven begon in kolkende scheuren in oceaanbodems, waar de elementen van het leven samenkwamen in explosies van heet water. De auteurs van het nieuwe artikel zeggen dat het onwaarschijnlijk is dat dergelijke omstandigheden leven voortbrengen, omdat de binding die nodig is om RNA te vormen zowel natte als droge cycli nodig heeft.

De berekeningen lijken ook ruimtestof te elimineren als de bron van levensgenererende nucleotiden. Hoewel dergelijk stof inderdaad de juiste materialen bevatte, het deponeerde ze niet in voldoende concentratie om leven te genereren, hebben de onderzoekers vastgesteld. Destijds, vroeg in het leven van het zonnestelsel, meteorieten kwamen veel vaker voor, en had kunnen landen in duizenden vijvers, met de bouwstenen van het leven. Pearce en Pudritz zijn van plan om de theorie volgend jaar op de proef te stellen, wanneer McMaster zijn Origins of Life-laboratorium opent dat de pre-life-omstandigheden opnieuw zal creëren in een afgesloten omgeving.

"We zijn verheugd dat we een theoretische paper kunnen samenstellen die al deze draden combineert, maakt duidelijke voorspellingen en biedt heldere ideeën die we kunnen meenemen naar het laboratorium, ' zegt Pudritz.