Hoe zou de eerste cel ontstaan kunnen zijn?

Zelf leven van de grond af opbouwen. Uit niks meer dan losse moleculen. Scheikundigen proberen het, maar dat is nog niet makkelijk. In een reeks spoedcursussen praat Kennislink je snel bij over hoe je van een knutseldoos met moleculen tot iets kan komen wat op leven lijkt. Deze week: hoe zou de eerste cel ontstaan kunnen zijn?

4 januari 2016

Na deze cursus begrijp je:

Dat slechts één cel de voorloper is van al het leven op aarde
Welke moleculen er op de jonge aarde rondzwierven toen die cel ontstond
Dat zelfassemblage belangrijk was om moleculen te groeperen
Dat de eerste cel waarschijnlijk heel simpel was

De aarde van tegenwoordig zit vol met leven. Kijk maar om je heen. Er zitten levende wezens in de lucht, in het water en op het land. Sommige beestjes bestaan uit een enkele cel, andere uit wel honderd biljoen cellen.

Een artistieke weergave van een grote vis die in het water zwemt. — Soorten ontstaan uit elkaar, zo zijn landdieren geëvolueerd uit vissen.
Wikimedia Commons

Waar komen al de verschillende soorten op aarde vandaan? We weten dat nieuwe soorten kunnen ontstaan uit andere, zoals de moderne mens is ontstaan uit mensapen die lang gelden de aarde bewandelden, die weer kleine zoogdieren als voorouders hadden. Viervoeters die op land leven zijn oorspronkelijk ontstaan uit vissen die pootjes kregen en de zee uit kropen.

We weten ook dat er niet altijd levende wezens op aarde geweest zijn. Toen ons zonnestelsel ontstond en daarmee onze aarde, toen leefde er nog niets. Het eerste bewijs voor leven op aarde komt van 3,5 miljard jaar oude fossielen van oeroude bacteriën. Wetenschappers denken daarom dat het eerste leven een cel was. Die cel zou bijna 4 miljard jaar geleden voor het eerst in onze oceaan hebben gezwommen. Darwin was de eerste die aannam dat alle organismen op aarde afstammen van deze eerste levensvorm.

Oersoep

Maar waar komt die eerste cel dan weer vandaan? Die moet ontstaan zijn uit dode materie. De aarde lijkt destijds een gunstige plek te zijn geweest voor het leven om te ontstaan. Er waren allerlei elementen aanwezig zoals waterstof, zuurstof, koolstof, fosfor, stikstof, zwavel en calcium. Die elementen kunnen complexere moleculen vormen die de basis zijn voor het leven. Bovendien waren er grote zeeën waarin deze elementen door elkaar heen zweefden. In deze oersoep was er genoeg kans op chemische reacties waarbij vanzelf moleculen ontstaan die de basis vormen van leven.

Zelfassemblage

Hoe het precies ging zullen we nooit weten. Maar wetenschappers denken dat zelfassemblage een belangrijke rol speelde bij het groeperen van oersoepmoleculen. Waarschijnlijk klonterden een paar losse moleculen uit de waterige oersoep samen. Het klompje moleculen kreeg daardoor een duidelijke functie. Losse moleculen kunnen niet zoveel.

Moleculen bij elkaar kunnen soms opeens speciaal gedrag vertonen. Een mooi voorbeeld is het celmembraan. Dit vliesje om de cel ontstaat doordat losse moleculen met staartjes in water in elkaar schuiven tot een dicht opeengepakte barrière. En voila: zo maken de losse moleculen vanzelf een handig celonderdeel. Via zelfassemblage kon het gebeuren dat hoopjes levenloze materie zich onderling combineerden en daarna stapsgewijs evolueerde tot iets dat leefde.

Simpele cel

De eerste cel die het levenslicht zag leek trouwens niet op een van jouw eigen cellen. Het dingetje moet veel simpeler zijn geweest. Waarschijnlijk was het een klein blaasje omgeven door een vliesje met binnenin wat eiwit en korte strengen met erfelijk materiaal.

Er moest iets van een erfelijkheidsmolecuul zijn, waarop de cel een blauwdruk van zijn bouw kon opslaan. Met die blauwdruk konden moleculen binnenin de cel dan een nieuwe cel bouwen. Pas toen dat eerste blaasje zich ging voortplanten werd het echt leven.

Dit is de vijfde spoedcursus in de reeks ‘Van molecuul tot leven’. Eerder verscheen deel vier: ‘Wat is een levende cel?’. Lees en bekijk volgende week deel zes: ‘Hoe bouwen we zelf een levende cel?’