Waar kwam het leven vandaan? In recente jaren, veel wetenschappers zijn overgestapt van een voorkeur voor een "oersoep" in plassen water naar hydrothermale bronnen diep in de oceaan als de oorspronkelijke bron van leven op aarde. Maar een van de grootste problemen met dit idee is dat onderzoekers er niet in zijn geslaagd in het laboratorium een ​​van de belangrijkste processen na te bootsen die erbij betrokken zouden zijn als deze theorie waar was.

specifiek, ze zijn niet in staat geweest om eenvoudige celmembranen te vormen in zeewaterachtige omstandigheden, waarvan de meesten het erover eens zijn dat het nodig zou zijn geweest om de eerste levende organismen te creëren. Maar mijn collega's en ik hebben onlangs laten zien, in een paper in Nature Ecology and Evolution, dat de combinatie van moleculen die wetenschappers hebben gebruikt om deze membranen te recreëren, niet de componenten weerspiegelt die op dat moment beschikbaar zouden zijn geweest. In feite, we hebben gevonden dat, met de juiste ingrediënten oceaanventilatieomstandigheden zijn eigenlijk nodig om sommige celmembranen te vormen.

Stel je de aarde voor, 4,5 miljard jaar geleden. De periode van de geologische geschiedenis die we de Hadean noemen, was niet zo hels als we ooit dachten. Het was geen zee van lava gevoed door talloze vulkanen, hoewel ze zeker bestonden. Het leek waarschijnlijk meer op kleine gebieden met een rotsachtig oppervlak, omringd door een aanzienlijke mondiale wateroceaan.

Maar het was niet de oceaan die we vandaag kennen. Het was warmer, zuurder en rijk aan ijzer. De atmosfeer bestond voornamelijk uit stikstof, kooldioxide en geen zuurstof. Er was ook geen leven. Maar diep op de bodem van de oceaan, er begon iets te gebeuren.

Hete chemicaliën die door de zeebodem opstegen, maakten een chemische reactie mogelijk tussen waterstof en koolstofdioxide, produceren van eenvoudige organische verbindingen. Deze organische moleculen reageerden om steeds complexere verbindingen te vormen. Deze werden ingekapseld in eenvoudige celmembranen en groeiden verder in complexiteit, moleculen produceren die informatie en uiteindelijk DNA kunnen dragen. Dit waren de eerste levende cellen die konden groeien, verdelen en evolueren.

Zo is het leven op aarde misschien begonnen. Er zijn nog steeds veel verschillende theorieën over hoe en waar het leven begon, waaronder die welke hydrothermale vijvers voorstellen, ijskappen of zelfs de ruimte. Om te proberen te begrijpen welke van deze instellingen het meest aannemelijk is, wetenschappers nemen de verschillende componenten die essentieel zijn voor het leven en kijken of we een manier kunnen vinden om ze in verschillende omstandigheden in het laboratorium te reproduceren.

We proberen geen leven te creëren, alleen de verschillende stukjes en beetjes die het nodig heeft. Niet iedereen kan het erover eens zijn wat het leven eigenlijk is, maar één ding waar veel wetenschappers op dit gebied het over eens zijn, is dat het eerste levende organisme een celmembraan zou hebben gehad.

Celmembranen bestaan ​​voor het grootste deel uit fosfolipiden, die zijn samengesteld uit eenvoudige moleculen, waaronder vetzuren, isoprenoïden en suikers. Fosfolipiden worden alleen geproduceerd door levende organismen. Maar vetzuren kunnen in het milieu worden gevormd door reacties tussen rotsen en water, en isoprenoïden of soortgelijke moleculen kunnen ook op deze manier worden geproduceerd.

Deze eenvoudige moleculen vormen membraanstructuren die blaasjes worden genoemd, die celachtig zijn doordat ze een dubbellaags membraan vormen dat een ruimte vol water omgeeft. Het blijkt dat blaasjes veel van dezelfde functies kunnen vervullen als celmembranen. Dit heeft ertoe geleid dat onderzoekers van oorsprong van het leven de mogelijkheid hebben onderzocht dat blaasjes de eerste celmembranen waren, waardoor ze de titel "protocellen" kregen.

Er is veel geëxperimenteerd met protocellen om te kijken of ze bestand zijn tegen de omgevingscondities die nodig zijn voor de eerste levende cellen. Bijvoorbeeld, ze vormen gemakkelijk in water, kan andere organische moleculen inkapselen, en het DNA-achtige molecuul RNA kan erin worden gemaakt. Een groot probleem is dat deze protocellen niet van zout houden. In feite, ze haten het.

Onderzoekers hebben aangetoond dat protocellen zich gewoon niet vormen in de aanwezigheid van de concentraties natriumchloride, magnesium en calcium in zeewater. Dit heeft ertoe geleid dat sommigen beweren dat het leven onmogelijk in de oceaan kan zijn begonnen.

Noodzakelijke voorwaarden

Maar mijn collega's en ik merkten iets op aan al dit eerdere onderzoek. De kunstmatige protocellen zijn gemaakt van één tot drie soorten moleculen, hoewel experimenten hebben aangetoond dat er veel meer moleculen beschikbaar zouden zijn in de oeroceaan.

Toen we een combinatie van 14 moleculen gebruikten, we ontdekten dat we protocellen konden vormen die organische moleculen konden inkapselen, zelfs in mengsels van natriumchloride, magnesium en calcium in zeewaterconcentraties. De oplossingen moesten rond de 70°C en alkalisch zijn, rond pH 12.

Ons werk laat niet alleen zien dat deze protocellen zich kunnen vormen in de omstandigheden die worden gecreëerd door hydrothermale ventilatieopeningen, maar dat ze deze omstandigheden eigenlijk nodig hebben om te overleven. Dit bewijst niet dat het leven begon in de ventilatieopeningen, maar het hernieuwt de mogelijkheid dat het deed. Het is ook relevant voor de zoektocht naar leven op andere planeten. Het is mogelijk dat er alkalische hydrothermale openingen bestaan ​​op de bodem van de oceanen op de ijzige manen van Jupiter en Saturnus.

Echter, het probleem van de oorsprong van het leven is nog niet opgelost, met aan de gang zijnde veelbelovende onderzoek van verschillende theorieën. Het is een zeer opwindende tijd voor het veld en we komen langzaamaan dichter bij het antwoord op een van de meest fundamentele vragen van het leven. We hebben aangetoond dat er zich membranen kunnen vormen waar dat voorheen voor onmogelijk werd gehouden. Wie weet wat er in de toekomst mogelijk wordt bewezen? Naarmate het bewijs voor elk van deze theorieën toeneemt, uiteindelijk zal duidelijk worden welke omgeving de meest waarschijnlijke plaats was van het ontstaan ​​van leven.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.