De oorsprong van chemische soorten

Hoe kan leven ontstaan uit een levenloze chemische soep? Die vraag houdt wetenschappers al bezig sinds de publicatie van ‘Over de oorsprong van soorten’ van Charles Darwin, grondlegger van de evolutietheorie. Sijbren Otto, hoogleraar Systems Chemistry aan de Rijksuniversiteit Groningen, bestudeert ‘chemische evolutie’. Zijn onderzoeksgroep ontwikkelde eerder zelfreplicerende moleculen; moleculen die kopieën van zichzelf kunnen maken. Ze zijn nu een stap verder gegaan en hebben aangetoond dat er in zo’n systeem niet alleen kopieën, maar ook nieuwe typen moleculen kunnen ontstaan.

Otto werkt al enkele jaren aan chemische evolutie. “Dat begon met een toevallige ontdekking”, vertelt hij. “We vonden kleine peptiden die uit zichzelf ringetjes konden vormen, en die ringetjes vormden weer stapeltjes.” Peptiden zijn verbindingen van enkele aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Zo’n stapeltje peptideringetjes bleef groeien totdat het in twee stukken brak. Deze twee stukken groeiden ieder vervolgens gewoon door, braken weer en zo ging het verder. De stapeltjes en ringetjes heten ‘replicatoren’, omdat ze kopieën van zichzelf maken.

Moleculaire voorouder

Na een paar dagen zag Sadownik echter een nieuwe set ontstaan van replicatoren die vooral bouwsteen B opnamen en af en toe ook wat A in hun ringetjes verwerkten. Deze tweede set stamde af van de eerste set replicatoren. Dit lijkt sterk op hoe nieuwe soorten ontstaan uit voorouders tijdens biologische evolutie, maar dan op moleculair niveau in plaats van in levende organismen. Zo’n spontane splitsing van replicatoren in afzonderlijke soorten zou wel eens de eerste stap kunnen zijn geweest in een lang proces dat uiteindelijk heeft geleid tot de indrukwekkende soortenrijkdom die we nu zien in de natuur.

De experimenten laten zien hoe soortvorming kan optreden tijdens chemische evolutie. “Al kan je de term ‘soortvorming’ eigenlijk alleen gebruiken wanneer je spreekt over zich seksueel voortplantende organismen”, legt Otto uit. “Maar ons werk laat een vergelijkbaar patroon zien. Het opwindende hiervan is dat eerst het ene type nieuwe replicator verschijnt en na een tijdje een tweede type. Dat is absoluut belangrijk. De evolutionair biologen die ik hierover heb gesproken, vinden het ook machtig interessant.”