Ursuppe: Mica als toevluchtsoord voor de oorsprong van het leven?

Hypothese postuleert tussenruimten in phyllosilicaten als een ideale plaats voor de vorming van de eerste cellen

Mica © USGS
voorlezen

Waar komt het leven vandaan? Deze vraag is nog steeds onbeantwoord. Het enige is duidelijk: vrij zwemmen in de oersoep, dat kan niet zo zijn geweest. Nu heeft een Amerikaanse onderzoeker een nieuwe hypothese voorgesteld die de eerste cellen hadden kunnen vormen bij de bescherming van kleine tussenruimten in de lagen van mica. Het foliumzuursilicaatmineraal bood volgens hen optimale omstandigheden voor de cruciale reacties op de eerste biomoleculen.

Een van de grote problemen bij de studie van de oorsprong van het leven is de vraag waar de eerste cellen werden gevormd. Omdat in de vrije "oersoep" het vermogen ontbrak om de vereiste moleculen in voldoende concentratie en ongestoord door parallelle vervalprocessen samen te brengen. Daarom gaan de meeste wetenschappers ervan uit dat de cruciale stappen moeten hebben plaatsgevonden in een beschermde, ruimtelijk beperkte ruimte. Of dit poriën in het gesteente, bubbels of een soort hydrothermische opening was, kan alleen worden gespeculeerd.

"Groen slijm" in het mica

Helen Hansma van de Universiteit van Californië in Santa Barbara heeft nu een geheel nieuwe hypothese gepresenteerd over de plaats van oorsprong van het leven. Het idee kwam haar een paar jaar geleden op vakantie nadat zij en haar familie mica hadden verzameld in een oude mijn in Connecticut. Het mineraal van gelaagde silicaatverbindingen is zeer zacht en staat bekend om zijn glans en bladvormige structuur. Thuis druppelde de onderzoeker een paar druppels water op een micamonster en bekeek het onder de microscoop. Ze zag een paar groenachtige, organische afzettingen op sommige randen van het mica.

"Ik kwam tot de conclusie dat dit eigenlijk een goede plek zou kunnen zijn voor het ontstaan ​​van leven - beschermd in deze stapels lagen die op en neer bewogen als reactie op stromend water", legt Hansma uit. "Dat had op zijn beurt de mechanische energie kunnen leveren om chemische bindingen te creëren of te breken." Geïnspireerd door deze observaties werkte de onderzoeker haar hypothese uit en nam ze studies op van "mica", zoals de phyllosilicaten in Engelstalige landen bekend zijn Hulp van atomaire kracht microscoop door.

Mica uit Alstead, New Hampshire Rpervinking / CC by-sa 3.0

Optimale omgeving voor bouwstenen voor het leven

"De mica-lagen zijn zo dun dat een miljoen van hen past in een plak mica van slechts een millimeter dik", legt Hansma uit. "Anatomisch gezien zijn ze zo plat dat we DNA-moleculen vrij over hun oppervlak kunnen zien zwemmen in een atoomkrachtmicroscoop zonder ze vrij te ontleden." Het toonde aan dat de kleine tussenruimten van silicaatlagen een omgeving bieden, niet alleen voor levende cellen, maar ook voor alle klassen van biomoleculen, eiwitten boven nucleïnezuren Koolhydraten en vetten voor een geschikte omgeving. tonen

Na het presenteren van haar hypothese aan haar collega's tijdens een jaarlijkse bijeenkomst van de American Society for Cell Biology in 2007, heeft Hansam nu haar "Life in the Sheets" -hypothese gepubliceerd in het tijdschrift Theoretical Biology, De kern van de hypothese is dat gestructureerde compartimenten worden gevormd tussen de losjes hechtende lagen van de mica begrensde kamers, die de bouwstenen van het leven de optimale chemische en fysische omgeving hadden kunnen bieden om zich in de eerste cellen te verzamelen.

Kamers als "bloeden pauze" voor cellen?

Volgens de onderzoeker zijn er verschillende factoren voor een dergelijk scenario: de micakamers boden bescherming tegen verstoringen en de mogelijkheid van verrijking van de biomoleculen. Bovendien kan de structuur van de kamers een soort "bloedingspauze" hebben opgeleverd voor de vorming van gecompartimenteerde levenseenheden, de cellen. Bovendien speelt het element kalium in de phyllosilicaten een belangrijke rol in de samenhang van de lagen. Het hoge gehalte in de kamers zou kunnen verklaren waarom zelfs de cellen van levende wezens zoveel kalium bevatten en gebruiken voor belangrijke metabolische processen.

Golfbeweging bevorderde reacties

En ten slotte hadden de onderling mobiele lagen de energie kunnen leveren om de cruciale chemische reacties te activeren: de invloed van golven in de oerzee veroorzaakte ook dat het mica op en neer bewoog. Als een resultaat werden de kamers tussen de lagen herhaaldelijk versmald, moleculen naar elkaar toe geduwd of naar elkaar toe geduwd. Deze beweging kan de chemische reactie van de moleculen hebben bevorderd. "Mild zouden moleculen voldoende structuur en bescherming bieden om hun ontwikkeling te vergemakkelijken, maar zouden ook de dynamische, steeds veranderende structuur van het leven mogelijk maken", zegt Hansma,

Volgens de onderzoeker had het phyllosilicaat betere omstandigheden kunnen bieden voor het ontstaan ​​van leven dan andere mineralen die al voor deze rol in aanmerking kwamen. Terwijl de meeste anderen ondertussen misschien te nat of te droog zijn geworden, absorberen de extreem fijne en goed beschermde compartimenten gelaagd silicaat dergelijke extremen beter. Bovendien zwellen ze niet op bij waterabsorptie, zoals kleimineralen, maar blijven ze stabiel.

Of de hypothese wordt bevestigd, zal nu verder onderzoek en laboratoriumexperimenten laten zien.

(National Science Foundation, 10.08.2010 - NPO)