Het leven had zich kunnen ontwikkelen in gepantserde kleibellen

Een van de grote mysteries in de biologie is de oorsprong van celmembranen, de beschermende lagen die de complexe chemische soep volledig omringen waarin veel van de meest delicate processen van het leven plaatsvinden.

DNA en de bijbehorende biochemische machinerie kunnen alleen werken in de zorgvuldig gecontroleerde omgeving die het celmembraan creëert. Maar merkwaardig genoeg is een van de belangrijke taken die deze machine doet, het creëren van de chemische bouwstenen die zichzelf vervolgens in het membraan zelf assembleren. Dat creëert dus een paradox: het membraan kan zich niet vormen zonder de biochemische machinerie, maar dit zal niet werken zonder de bescherming van het celmembraan.

De puzzel is wie er eerst was. Hoe konden celmembranen zijn geëvolueerd zonder biochemische machines om de bouwstenen te vervaardigen? En als alternatief, hoe konden de biochemische machines zijn geëvolueerd zonder de cruciale bescherming die celmembranen bieden? Het is een kip en ei probleem.

De afgelopen jaren is daar een antwoord op gekomen. Het lijkt er sterk op dat de celmembranen eerst kwamen en het bewijs komt van talloze onderzoeken die aantonen hoe eenvoudige organische moleculen zichzelf kunnen assembleren tot belachtige structuren die blaasjes worden genoemd.

Verschillende groepen hebben laten zien hoe deze blaasjes zich kunnen vormen, niet alleen in de prebiotische soep die waarschijnlijk al vroeg in de geschiedenis van de aarde bestond, maar ook op het oppervlak van ultrakoude kristallen waarvan we weten dat ze in de interstellaire ruimte bestaan.

Door deze manier van denken zorgden de blaasjes voor een beschermende omgeving waarin de moleculen van het leven zich langzaam ontwikkelden.

Vandaag krijgen we een andere optie. Anand Bala Subramaniam van de Harvard University en een paar vrienden hebben ontdekt dat dit proces van blaasjesvorming ook plaatsvindt in een natuurlijk voorkomende klei die montmorilloniet wordt genoemd. Dat is het soort dingen dat je laarzen zou kunnen verstoppen na een wandeling.

Ze zeggen dat er zich gemakkelijk bellen vormen in een mengsel van water en klei. Wanneer dat gebeurt, vormt de klei een oppervlak rond de bel die de inhoud erin opsluit. Vervolgens stabiliseert elk contact met chemicaliën die oppervlakteactieve stoffen worden genoemd, de schaal. Subramaniam en co noemen het resultaat een met klei gepantserde zeepbel. Deze blaasjes van klei zijn mechanisch robuust en stabiel in water en andere vloeistoffen, zeggen ze.

Met klei gepantserde bubbels hebben verschillende interessante eigenschappen. Ten eerste kunnen ze zich gemakkelijk vormen in de openingen tussen glijdende rotsen of tussen kiezelstenen die heen en weer worden geslingerd door golven en getijden. En het is bekend dat de oppervlakteactieve stoffen die hun structuur stabiliseren, gedurende de hele geschiedenis van de aarde hebben bestaan.

Het meest interessante van alles is dat de gepantserde bubbels bedekt zijn met poriën waardoor moleculen van een bepaalde grootte in en uit de structuur kunnen gaan. Dat maakt het des te waarschijnlijker dat deze structuren kunnen hebben gediend als eenvoudige primitieve anorganische voorlopers van organische protocellen, zoals Subramaniam en co het uitdrukken.

Natuurlijk is er geen bewijs dat het leven op aarde is geëvolueerd in gepantserde bubbels, maar het is nog een andere indicator dat de omstandigheden waarin het leven kan floreren vaker voorkomen en zich waarschijnlijker vormen dan iemand zich een paar jaar geleden had kunnen voorstellen.

Referentie: arxiv.org/abs/1011.4711 : Semi-permeabele blaasjes samengesteld uit natuurlijke klei

zich verstoppen