Peptidevorming aan de rand van opspattende waterdruppels
Mysterie van het ontstaan van leven - het ontstond niet in water, maar aan de rand ervan.
Spontane peptidevorming aan de rand van opspattende waterdruppels in zeeschuim, niet in stilstaand water.
Scientias, 04-10-2022, Jeanette Kras
Dat het leven op aarde is ontstaan in het water, daar zijn wetenschappers van overtuigd, maar hoe dat precies kon gebeuren was tot nu toe een raadsel. Eindelijk wordt er een tipje van de sluier opgelicht.
Water wordt beschouwd als een onmisbaar onderdeel voor het ontstaan van leven. We zijn niet voor niets naarstig op zoek naar nattigheid op verre planeten. In water zitten aminozuren die peptiden (mini-eiwitten) vormen, de bouwstenen van het leven. Scheikundigen van de gerenommeerde Purdue University hebben nu het mechanisme ontdekt waardoor deze peptidevormende reacties in water kunnen plaatsvinden. "Dit is in feite de chemie achter de oorsprong van het leven," zegt Graham Cooks, van Purdue. Hij spreekt van 'een historische ontdekking'. "We laten voor het eerst zien dat oermoleculen, eenvoudige aminozuren, spontaan peptiden vormen in druppeltjes zuiver water."
De rand van een waterdruppel
Hoe dat zit verdient enige uitleg. Een peptide ontstaat door de binding van aminozuren. Die aminozuren kwamen door meteorieten veelvuldig op aarde terecht. Voor binding tussen twee aminozuren is echter de verwijdering nodig van één watermolecuul. Daar is energie voor nodig die enzymen leveren. Maar enzymen zitten alleen in levende cellen. Toen het eerste leven op aarde ontstond, waren die enzymen er nog niet. Bovendien: het verwijderen van een watermolecuul in een natte omgeving is onwaarschijnlijk. Dat is dan ook niet wat er gebeurde. Maar wat gebeurde er dan wel? Of beter gezegd: wáár gebeurde het? Niet diep in het water, maar aan de rand, waar een waterdruppel de lucht raakt.
"Water is niet overal even nat," zegt Cooks. En dat is de sleutel tot de oplossing van het mysterie. Aan de rand van een waterdruppel, op de grens waar het water de atmosfeer raakt, kunnen ongelooflijk snelle reacties plaatsvinden, waarbij de aminozuren spontaan worden omgezet in eiwitten (en zeer bijzondere eiwitten kunnen bouwstenen voor levensvormen zijn). Dat gebeurt niet overal, maar vooral op plekken waar zeewaterdruppels de lucht invliegen, golven tegen rotsen beuken of waar zoet water tegen een oever klotst. Dat zouden de plekken zijn waar het eerste leven is ontstaan.
M.a.w. in krachtig bewegend water.
Gigantisch snel
Om tot deze conclusie te komen hebben de wetenschappers meer dan tien jaar lang met zogenoemde massaspectrometers de chemische reacties bestudeerd in druppeltjes water. Vooral de snelheid van de reacties was indrukwekkend. "De reacties waren honderd tot een miljoen keer sneller dan wanneer dezelfde peptiden in een bak water reageren," legt Cooks uit. Enzymen zijn dan niet meer nodig als katalysator.
En dat brengt een verklaring voor het ontstaan van leven op aarde een stap dichterbij. Niet alleen is dat een heel spannende ontdekking, het kan ook de zoektocht naar buitenaards leven verder brengen. Nu we weten dat het leven vermoedelijk het eerst ontstond aan de randen van opspattende waterdruppels, kunnen we specifieker zoeken op andere planeten en manen.
Bronmateriaal:
"Aqueous microdroplets enable abiotic synthesis and chain extension of unique peptide isomers from free amino acids" - Proceedings of the National Academy of Sciences.
Betekenis
Enzymen zijn nodig voor eiwitsynthese in vivo, omdat water voor dehydratatie om amidebindingen te vormen, een ongunstige omgeving is. Omstandigheden die de abiotische productie van peptiden in waterige omgevingen mogelijk maken, zijn echter een voorwaarde om de oorsprong van biochemie, nodig voor levensvormen, te verklaren. Hier rapporteren we een unieke reactiviteit van vrije aminozuren op het lucht-watergrensvlak van waterdruppeltjes ter grootte van een micron, die leidt tot de vorming van peptide-isomeren op een tijdschaal van milliseconden. Vergeleken met veel plausibele prebiotische chemische systemen (bijvoorbeeld zeeschuim), wordt deze reactie uitgevoerd onder natuurlijke omstandigheden en vereist geen extra reagentia, zuur, katalysatoren of straling. Deze bevindingen illustreren het unieke karakter van grensvlakfysisch-chemische processen en ondersteunen de mogelijke rol van systemen met een klein volume in abiogenese.
terug naar het antropisch principe
terug naar het weblog
^