'De jonge aarde was een gigantische batterij'

Dat het is gebeurd, weten we. Maar hoe? Dat is wat Eloi Camprubi Casas, postdoc aan de Universiteit Utrecht en Fellow bij het Origins Center, probeert uit te vogelen. Hij is niet de enige, steeds meer wetenschappers werken aan die vraag. Maar hij doet dat op heel originele manier, namelijk via een oorsprong-van-leven-simulator. NEMO Kennislink sprak Camprubi Casas over zijn onderzoek en nam een kijkje in zijn Utrechtse lab.

Bij een simulator denk ik aan een soort computerspel, waarin je verschillende situaties kunt beleven en uitproberen. Zoals een vliegsimulator. Is dit net zoiets?

“Nee, helemaal niet. Mijn werk draait om experimenten in het lab, ik modelleer niks. Ik werk wel samen met onderzoekers die computermodellen maken, maar mijn simulaties zijn echte chemische experimenten.”

Wat simuleer je dan in het lab?

“Extreme omstandigheden. We weten dat de voorlopers van het allereerste leven, het zogeheten proto-leven, zijn ontstaan toen de aarde nog heel jong was. We weten ook dat er toen extreme omstandigheden heersten, veel extremer dan nu. Door die omstandigheden na te bootsen hopen we te ontdekken hoe organische moleculen [moleculen die koolstof en waterstof bevatten, red.] werden gevormd, want al het leven is gebaseerd op organische moleculen. We willen ook begrijpen hoe vanuit die moleculen vervolgens onderling verbonden processen en netwerken ontstaan die elkaar weer verder versterken. Maar we kijken niet alleen naar organische moleculen, want ook anorganische verbindingen, zoals zouten en mineralen die al aanwezig waren in het water en het gesteente, spelen een belangrijke rol. Onder meer als katalysator, stoffen die een reactie versnellen. Die interacties nemen we ook mee.”

“De reactie tussen koolstofdioxide en waterstof verloopt zonder hulp heel langzaam. Er is een barrière, de reactie moet in gang worden gezet. Een manier om dat te doen is via een verschil in de zuurgraad. De oceanen waren een beetje zuur door het opgeloste koolstofdioxide. De vloeistoffen die vanuit gaten in de oceaanbodem naar boven kwamen, waren juist licht basisch door serpentinisatie. Dat is, heel kort, het proces waarbij verschillende typen mineralen in de aardkorst met elkaar reageren. Bij zo’n hydrothermale bron heb je dus licht basische vloeistoffen die naar boven komen en dan in contact komen met het licht zure oceaanwater. Dit verschil verlaagt de barrière voor de chemische reactie tussen koolstofdioxide en waterstof, waardoor die wel plaatsvindt. Bij zo’n diepzeebron kan een reactie plaatsvinden die leven ook kan uitvoeren. Al het leven op aarde maakt nog steeds gebruik van redox-reacties om elektronen te laten stromen en zo energie op te wekken en van pH-verschillen die je ook kunt zien als een vorm van energie. Ik denk daarom dat leven is ontstaan op een plek waar die twee verschillen aanwezig waren en de hydrothermale bronnen bieden precies zo’n omgeving.”

Toch zijn er ook heel andere theorieën, veel wetenschappers denken dat uv-licht de belangrijkste energiebron was. Dat was ook in ruime mate aanwezig toen de aarde werd gevormd en dan is een poel water aan het oppervlak een logische startplek voor het eerste leven.

“Mijn belangrijkste bezwaar tegen die theorie is dat je vaak nog restanten van vroegere processen terugvindt in organismen die nu leven. Maar tot nu toe hebben we nog helemaal niks gevonden dat erop wijst dat ooit uv-licht of radioactiviteit, want dat wordt ook geopperd, zijn gebruikt als energiebron. Als je dat tegenwerpt krijg je altijd als antwoord dat die levensvormen inmiddels zijn uitgestorven.”

Dat kan toch ook het geval zijn?

“Het kan, ja, maar alles kan wellicht zijn gebeurd. We moeten echter kijken naar wat de meest waarschijnlijke verklaring is. Neem de opkomst van zuurstof. Lange tijd was er geen zuurstof aanwezig in de atmosfeer totdat het zogeheten Great Oxidation Event optrad, ongeveer twee miljard jaar geleden. De hoeveelheid zuurstof nam snel toe en dat zorgde ervoor dat meer dan zeventig procent van al het leven uitstierf. Zuurstof was namelijk giftig voor het vroege leven. Het was echt een slachting, maar toch zijn er nu nog steeds organismen die op de oude manier leven, dus zonder zuurstof. Die leven zelfs in ons, de bacteriën in onze darmen zijn een goed voorbeeld. Natuurlijk zou het kunnen dat het leven eerst heel anders was en toen is overgegaan naar wat we nu kennen, maar…”

Of leven is meerdere keren ontstaan?

“Oh, dat zeker, het is zeer waarschijnlijk dat leven meerdere malen is begonnen. Maar we weten dat één type leven het heeft gered en dat is ons soort leven. Ook onze zuurstofloze voorouders zijn vrijwel gelijk aan ons. Op moleculair niveau is al het leven op aarde gelijk. We willen het gat dichten tussen prebiotische chemie, de chemische reacties die plaatsvonden voordat het eerste leven er was, en biochemie, de chemie die zich afspeelt in alles wat leeft.”

“Je kunt fantastische chemische experimenten doen die je prebiotische chemie kunt noemen en de onderzoekers die dat doen zijn veel betere chemici dan ik ben, maar het grootste deel van hen heeft geen enkele interesse in leven en hoe dat werkt. Terwijl we een duidelijk voorbeeld van de oorsprong van leven hebben, namelijk ons leven. Het leven zoals we dat nu kennen. Dan moet er toch ergens een link te vinden zijn tussen de prebiotische chemie en de biochemie. Dat moeten we aan elkaar kunnen koppelen lijkt me. En ja, natuurlijk kan er ander leven zijn geweest, dat weten we niet, maar ik ben daar niet zo in geïnteresseerd omdat ik eerst wil begrijpen hoe het leven dat er wel is, is ontstaan. Laten we daarmee beginnen.”