Afgelopen week kwamen twee onderzoeksartikelen uit die beide onafhankelijk van elkaar stellen dat de eerste levensvormen honderden miljoenen jaren eerder ontstonden dan tot nu toe werd aangenomen.
De vroege aarde ontving zo veel RNA-bouwstenen van inslaande ruimteobjecten dat RNA kort na de formatie van de aarde kan zijn ontstaan. Dat concluderen astrofysici na het uitvoeren van computersimulaties.
Die conclusie sluit aan bij de ontdekking van onderzoekers van de universiteit van Tokio, die beweren het oudste bewijs van leven te hebben geïdentificeerd – een fossiel dat dateert van 3,95 miljard jaar geleden. Dat is maar een half miljard jaar na de formatie van de aarde. Als de claim juist blijkt te zijn, is het leven 450 miljoen jaar eerder ontstaan dan tot nu toe werd aangenomen.
Warme vijvers
Het onderzoek naar RNA-synthese is uitgevoerd door een team onder leiding van astrofysicus Ben Pearce van de McMaster University in Ontario, Canada. Pearce en zijn collega’s voerden computersimulaties uit om te bepalen hoe snel de bouwstenen van RNA zich hebben kunnen ophopen op de vroege aarde.
RNA is de enkelstrengversie van DNA en wordt algemeen beschouwd als de voorganger van DNA. De bouwstenen van RNA komen voor op asteroïden en meteoroïden. In de eerste miljard jaar van de aarde werd onze planeet veelvuldig getroffen door asteroïden en meteoroïden. Pearce en zijn collega’s berekenden hoeveel RNA de aarde bereikte door middel van zulke inslagen. Ze schatten vervolgens ook welk percentage daarvan intact terecht kwam in warme vijvers, een vermoedelijke bakermat van het leven. Een andere kandidaat, diepzeebronnen, werd buiten beschouwing gelaten.
De onderzoekers concludeerden dat slechts een handjevol jaren met veel en omvangrijke inslagen kan hebben volstaan om voldoende bouwstenen op te hopen voor de formatie van RNA. Deze vroege levensvormen moeten zeer veerkrachtig zijn geweest, want ze waren blijkbaar bestand tegen het bombardement van ruimteobjecten waaraan de aarde destijds blootstond.
Weinig koolstof-13
De claim voor het identificeren van de oudste levensvorm, daterend van 3,95 miljard jaar geleden, komt van geoloog Tsuyoshi Komiya en zijn collega’s van de universiteit van Tokio. Komiya en zijn collega’s bestudeerden grafiet in oude rotsen in het noorden van Labrador, Canada.
Grafiet, het bestanddeel van potloodstiften, bestaat uit koolstof in de vorm van kristallen. Het gaat om twee vormen van koolstof: koolstof-12 en koolstof-13. De monsters die Komiya en zijn collega’s onder de loep namen bevatten opmerkelijk weinig koolstof-13. Dat kan volgens de onderzoekers worden gezien als aanwijzing voor de aanwezigheid van autotrofe organismen. Autotrofe organismen zijn organismen die koolstof uit hun omgeving opnemen en het vervolgens omzetten in organische verbindingen. Moderne voorbeelden van autotrofe organismen zijn planten, die koolstofdioxide en water omzetten in suikers. De vroege autotrofen zullen eencellig zijn geweest en een ander chemisch proces hebben gebruikt, maar het idee is hetzelfde. Autotrofen organismen nemen vooral koolstof-12 uit de omgeving op, zodat hun resten vaak weinig koolstof-13 bevatten.
Kort door de bocht
Niet iedereen is onder de indruk van die ongewone verhouding in koolstofisotopen. ‘Er zijn tal van abiotische processen die zo’n onbalans kunnen veroorzaken’, zegt scheikundige John Sutherland van het MRC Laboratorium Moleculaire Biologie in Cambridge. ‘De conclusie dat zo’n onbalans bewijs vormt voor de aanwezigheid van leven is nogal kort door de bocht.’
Een voorbeeld van een abiotisch proces dat leidt tot relatief weinig koolstof-13 is een reeks chemische reacties die bekendstaan als het Fischer-Tropsch-proces. Dit proces maakt organische verbindingen uit waterstof en koolmonoxide, en werkt het best met koolstof-12. In de natuur speelt het proces zich onder meer af in meteorieten.
Komiya en zijn collega’s menen dat het Fischer-Tropsch-proces niet aansprakelijk kan worden gehouden voor de onbalans in hun grafietmonsters, omdat de atmosfeer van de vroege aarde geen waterstof bevatte. Maar dat hoeft geen obstakel te zijn geweest, zegt Sutherland. De atmosfeer bevatte weliswaar geen vrije waterstof, maar er was voldoende water. Zolang de atmosfeer zowel water als koolmonoxide bevatte, kan het hete ijzer afkomstig van meteorietinslagen gefungeerd hebben als katalysator om waterstof te genereren.
Verpulverd
Sutherland is ook sceptisch over de simulaties van Pearce. Het is volgens hem helemaal niet gezegd dat de RNA-bouwstenen in meteorieten opgewassen zijn tegen de impact van inslagen. ‘Grote ruimteobjecten, die de meeste RNA-bouwstenen bevatten, zullen met zo veel kracht zijn ingeslagen op de aarde dat hun organische lading verpulverde’, zegt Sutherland. Een recente studie toonde bijvoorbeeld aan dat tijdens inslagen van meteorieten de temperatuur plaatselijk op kan lopen tot boven 2300°C.
Een ander bezwaar van Sutherland is dat Pearce en zijn collega’s volgens hem het verkeerde chemische proces hebben gesimuleerd. Het onderzoeksteam veronderstelde dat de eerste stap in de aanmaak van RNA bestaat uit het samenvoegen van nucleobases en riboses. ‘Dat model is achterhaald’, zegt Sutherland. ‘Experimenten hebben lang geleden al aangetoond dat het zo niet werkt.’ In 2009 demonstreerde Sutherland een alternatieve manier om RNA-bouwstenen om te zetten in RNA.
Stromatolieten
De namen van Pearce en Komiya zijn de nieuwste toevoegingen aan een lijst van onderzoekers die beweren dat het leven eerder ontstond dan de huidige aanname van 3,5 miljard jaar geleden. In 2016 beweerden onderzoekers fossiele stromatolieten – gelaagde ophopingen van sedimentaire microben te hebben aangetroffen in 3,7 miljard jaar oude rotsen. En afgelopen maart beschreven onderzoekers de vondst van ogenschijnlijk fossiele microbes uit rotsen van 3,77 tot 4,28 miljard jaar oud. Beide studies konden rekenen op gemengde reacties.
Mis niet langer het laatste wetenschapsnieuws en meld je nu gratis aan voor de nieuwsbrief van New Scientist.
Lees verder: