Home

Ontstaan van de bouwstenen van het leven

In de begintijd van haar ontstaan was de aarde volkomen levenloos. De aarde was een gloeiende bol, die langzaam afkoelde. Door deze afkoeling raakte de atmossfeer verzadigd met waterdamp, waardoor het ging regenen en er vloeibaar water ontstond. Zo'n 4600 miljoen jaar geleden was de aarde geheel bedekt met het water: de oeroceaan. Boven die oceaan hing een oeratmosfeer met alleen simpele moleculen.

Uit die simpele, levenloze moleculen zijn de bouwstenen van het leven ontstaan. Dit zijn complexere organische moleculen, zoals aminozuren, nucleïnezuren en koolhydraten. Deze bouwstenen hebben zich later ontwikkeld tot grotere structuren, die eigenschappen van leven hebben.

Maar hoe zijn de bouwstenen ontstaan?

 

     

Lange tijd was het een raadsel hoe en waar de complexe bouwstenen ontstaan zijn. Immiddels hebben wetenschappers er nu wel drie verschillende verklaringen voor. :

  1. De bouwstenen van het leven zijn ontstaan aan de oppervlakte van de oceaan.
  2. De bouwstenen van het leven zijn ontstaan bij vulkanen op de oceaanbodem.
  3. De bouwstenen van het leven zijn naar de aarde gebracht door meteorieten.

 

Verklaring 1: De bouwstenen zijn ontstaan aan het oppervlak van de oceaan.

In 1953 probeerden de wetenschappers Miller en Urey experimenteel na te gaan hoe de bouwstenen van het leven zouden kunnen zijn ontstaan. Ze deden dit door de omstandigheden van de vroege aarde na te bootsten. Ze vulden een glazen reactor met de eenvoudige stoffen water, methaan, ammonia en waterstof. De reactor bestond uit twee bollen, die de oeroceaan en de oeratmosfeer nabootsten. In deze reactor stonden de stoffen bloot aan opwarming, afkoeling en elektrische ontladingen. Dit laatste imiteerde blikseminslagen, die voorkwamen aan de oppervlakte van de oceaan.

De opstelling van Miller en Urey.


Na een week vonden ze in het reactiemengsel complexe organische bouwstenen, waaronder aminozuren. De bouwstenen zouden dus op deze wijze in de oeroceaan gekomen kunnen zijn. De oceaan met de bouwstenen heet de oersoep.

Kanttekeningen bij de oersoeptheorie

Tegenwoordig is er veel discussie of Miller en Urey de omstandigheden van de vroege aarde goed hadden nagebootst. Er is vooral veel twijfel over de stoffen die ze hebben gebruikt. Een ander probleem is uv-straling aan de oppervlakte van het water. Omdat er toen nog geen ozonlaag was om de uv-straling tegen te houden, konden de uv-stralen de pas gevormde bouwstenen weer afbreken.

Het is dus twijfelachtig of er veel van de bouwstenen zijn ontstaan aan de oppervlakte van de oceaan. Toch is het experiment van Miller en Urey baanbrekend geweest. Omdat het aantoonde dat complexe stoffen uit simpele stoffen kunnen ontstaan, zonder dat er extreme condities voor nodig zijn.

Verklaring 2: De bouwstenen zijn ontstaan bij vulkanen op de oceaanbodem

Een tweede verklaring voor het ontstaan van de bouwstenen van het leven zijn chemische reacties bij black smokers. Dit zijn openingen in de aardkorst op de oceaanbodem, die heet water en allerlei mineralen uitstoten.

Een afbeelding van een black smoker

 

Bij zo'n black smoker heersen een hoge druk, door de diepte, en een hoge temperatuur (soms wel 400°C). De temperatuur en druk zorgen ervoor dat moleculen erg hard trillen en daardoor hard tegen elkaar botsen. De moleculen kunnen daardoor reageren tot complexere bouwstenen.

Door druk en temperatuur botsen moleculen hard tegen elkaar en kunnen ze reageren tot complexere bouwstenen. 


Black smokers komen nog steeds op de oceaanbodem voor. Het bestuderen van de processen bij de black smokers zelf is erg moeilijk, vanwege de druk en temperatuur. Om dit probleem te omzeilen hebben onderzoekers labsimulaties gemaakt. Ze bootsten in het lab de situatie van de Black Smoker na en keken wat er gebeurde. Ze vonden dat onder andere pyruvaat (pyrodruivenzuur) ontstond, een stof die organismen tegenwoordig gebruiken voor het maken van allerlei bouwstoffen, zoals vetzuren en koolhydraten. Dit bewijst dat onder die omstandigheden complexere moleculen konden ontstaan.


Vraagtekens bij de Black Smoker theorie

Door de diepte kunnen uv-stralen de bouwstenen niet bereiken. De uv-stralen kunnen de bouwstenen dus niet afbreken. Maar... de hoge temperatuur kan de gevormde bouwstenen weer uit elkaar laten trillen. Gelukkig is het flink kouder op een afstandje van de Black Smoker, zodat de moleculen weer afkoelden. Hierdoor stabiliseerden de bouwstenen.

De wetenschappers zijn er van overtuigd dat bij black smokers complexe moleculen zijn ontstaan. Ze zijn het er niet over eens hoeveel van die complexe moleculen weer op tijd zijn afgekoeld, voordat ze weer uit elkaar getrild zijn.

Verklaring 3: Meteorieten hebben de organische bouwstenen naar de aarde gebracht

Een derde verklaring is dat de bouwstenen elders in ons zonnestelsel zijn ontstaan en met meteorieten naar de aarde zijn gebracht. De bouwstenen konden de inslag op aarde overleven, als ze binnenin de meteoriet zaten. De bouwstenen aan de buitenkant zijn door de inslag verbrand, door wrijving met luchtmoleculen in de atmosfeer.

Ongeveer 3800 miljoen jaar geleden bewoog de aarde door een groep asteroïden. Dit veroorzaakte zware meteorietregens (late heavy bombardment). Deze meteorieten zouden flinke hoeveelheden organisch materiaal naar de aarde gebracht kunnen hebben.

Bij botsingen van twee rotsblokken in de ruimte kan veel energie vrijkomen. Wanneer in een van de twee rotsen koolstof zat, kan het koolstof door de energie van de inslag reageren tot complexe bouwstenen. Bij deze botsingen konden brokstukken vrijkomen. Deze brokstukken konden de bouwstenen dan naar de aarde brengen. Wanneer de brokstukken op aarde erecht komen noemen we ze meteorieten.



Aanwijzingen voor meteorieten als bron van aardse bouwstenen

Op sommige meteorieten zijn organische stoffen gevonden, zoals aminozuren. Na verder onderzoek bleek  het meestal te gaan om een vervuiling met stoffen van de aarde. Maar op sommige meteorieten zaten organische stoffen, die normaal gesproken niet op aarde voorkomen. De meteorieten zouden dus een bron kunnen zijn voor de eerste organische bouwstenen op aarde.

Een meteoriet raakt de aarde


Vraagtekens bij de meteorietentheorie

Er is nog een grote vraag over deze theorie. Zaten er genoeg bouwstenen in de meteorieten om leven te laten ontstaan?

Hoeveel bouwstenen in de meteorieten van 3800 miljoen jaar geleden zaten, is afhankelijk van wat voor soort meteorieten het waren. Slechts 5% van de meteorieten die nu op aarde vallen bevat veel koolstof. Hoe dat in het verleden was, weten we niet. Het is dus onbekend hoeveel bouwstenen door de meteorieten naar de aarde gebracht zijn.

Meteorieten kunnen organisch materiaal naar de aarde brengen. Het is niet bekend hoeveel bouwstenen naar de aarde gebracht is, maar dat het hierheen gebracht is, is wel zeker.

 

Conclusie

Voor het ontstaan van leven zijn bouwstenen nodig zoals aminozuren, koolhydraten en nucleïnezuren. In dit artikel zijn drie scenario's besproken die de aanwezigheid van de die bouwstenen op aarde kunnen verklaren. Wetenschappers zijn het erover eens dat al deze drie scenario's logisch klinken. Ze verschillen wel van mening over hoeveel en welke bouwstenen dan gemaakt zijn.

De bouwstenen zijn noodzakelijk voor het leven, maar ze leven in ieder geval nog niet, omdat ze zich nog niet kunnen vermenigvuldigen. De eerste eigenschappen van het leven ontstaan pas later.

 

Naar de tijdlijn                                                                   Naar de volgende stap

 

 
Februari 2007
Redactie Natuurinformatie Naturalis