Jonge Aarde als bioreactor

München –

De aarde ontstond ongeveer 4,6 miljard jaar geleden. Slechts ongeveer 600 miljoen jaar later ontstonden de eerste primitieve vormen van leven op aarde uit aminozuren en andere organische verbindingen. Of processen op aarde of zelfs asteroïden verantwoordelijk zijn voor het begin van deze chemische evolutie, is nog steeds onderwerp van intens debat onder experts. Maar onderzoekers uit München hebben nu een manier gevonden waarmee de essentiële elementen van het leven – aminozuren, nucleotiden of nucleobasen – zich op de jonge aarde konden ophopen. Ze rapporteerden in het tijdschrift Nature dat netwerken van geologische kloven effectieve bioreactoren hadden kunnen vormen.

Voordat er leven kan ontstaan, moet er een selecte groep organische moleculen in voldoende concentraties aanwezig zijn. Zonder verrijking van bepaalde nucleotiden als bouwstenen van nucleïnezuren of aminozuren als bouwstenen van eiwitten bestaat het risico op ongewenste nevenreacties of verminderde efficiëntie. Thomas Matrou en collega’s van de Ludwig Maximilian Universiteit in München hebben nu in een baanbrekend experiment aangetoond dat de stroom van vulkanische hitte door geologische kloven geschikt is voor het sorteren en verrijken van organische moleculen.

Het biofysica-team simuleerde een netwerk van geologische kloven in een microreactormodel met micrometerdunne kanalen. De onderzoekers lieten een vloeistof met een mengsel van verschillende aminozuren, nucleotiden, nucleobasen en andere organische materialen door deze kanalen stromen. Tegelijkertijd verwarmden ze hun modelreactor aan de ene kant tot ongeveer 40 graden Celsius en hielden ze het aan de andere kant koel tot 25 graden Celsius. Dit maakt het mogelijk om temperatuurvariaties zoals geothermische fluxen in de aarde na te bootsen.

De onderzoekers voerden hun experimenten maximaal 60 uur uit. Vervolgens namen ze monsters op verschillende punten in het modelreactornetwerk en analyseerden deze. Individuele aminozuren waren inderdaad in staat deze monsters selectief en aanzienlijk te verrijken. Volgens onderzoekers is hiervoor vooral het thermische effect verantwoordelijk. Deze diffusie is afhankelijk van de temperatuur. Sommige moleculen in een vloeistof verplaatsen zich het liefst naar warmere gebieden, terwijl andere de neiging hebben koel te blijven.

Deze experimenten demonstreerden de hoge efficiëntie van de modelreactor bij het sorteren van organische moleculen in de ‘oersoep’. Afhankelijk van het type molecuul konden de onderzoekers concentratieverschillen detecteren die tot wel drie ordes van grootte konden vertienvoudigen. De onderzoekers zijn van mening dat vergelijkbare processen met vergelijkbare efficiëntie hadden kunnen plaatsvinden in netwerken van geologische breuken op de vroege aarde. Dit zal de vraag naar de oorsprong van het leven niet beantwoorden. Maar dit zou op zijn minst de beschikbaarheid kunnen verklaren van geselecteerde organische materialen waaruit levende organismen bestaan.