Je leest:

Hoe licht een handje hielp bij het ontstaan van leven

Hoe licht een handje hielp bij het ontstaan van leven

Over de mogelijk oorsprong van de ‘handigheid’ van aminozuren

Auteur: | 4 november 2009

Chemici van de Radboud Universiteit Nijmegen presenteren deze week in Nature Chemistry een nieuwe verklaring voor het ‘richtingsgevoel’ van aminozuren en andere moleculen. Ze maken aannemelijk dat gepolariseerd licht van jonge sterren een sturende rol heeft gehad bij de vorming van de allereerste bouwstenen van het aardse leven.

In januari van dit jaar kwamen de Nijmeegse onderzoekers uit de groep van hoogleraar Elias Vlieg ook al in het nieuws. Ze presenteerden toen hun ontdekking dat je via kristallisatie onderscheid kunt maken tussen verschillende spiegelbeeldvarianten van aminozuur-achtige moleculen. Dat is in essentie een tijdrovend proces, maar ze wisten dat op vernuftige wijze te versnellen door de kristallen voortdurend te vermalen en flink te roeren.

Wélke variant via dit ‘maal-en-roer’ proces zou uitkristalliseren, leek in eerste instantie afhankelijk van het toeval, of van miniscule hoeveelheden verontreinigingen. Inmiddels beschikken de Nijmegenaren over een hele ‘trucendoos’ om de uitkomst van het proces te sturen. Ze hebben er nu een heel bijzondere truc aan toegevoegd: als ze tijdens de kristallisatie de kolven met gepolariseerd licht beschijnen, krijgen ze precies de moleculen die ze willen hebben.

Onderzoeker Wim Noorduin bij de opstelling om een oplossing met kristallen te bestralen met circulair gepolariseerd licht.
Dick van Aalst, Radboud Universiteit Nijmegen

Sterrenlicht

Nu duidelijk is hoe het proces te sturen is, ligt verdere ontwikkeling tot een industrieel scheidingsproces voor spiegelbeeldmoleculen voor de hand. Maar de nieuwste Nijmeegse ontdekking heeft ook een hele andere implicatie. Het biedt mogelijk een antwoord op de vraag hoe het mogelijk is dat het leven op aarde zo’n sterke voorkeur heeft voor één van de spiegelbeeldvarianten van moleculen.

Want wat blijkt: jonge sterren zenden net zo’n gepolariseerd uit als de lamp die de uitkomst van het Nijmeegse experiment stuurde. Wellicht hebben die sterren er dan wel voor gezorgd dat in de aardse ‘oersoep’ zo’n sterke voorkeur ontstond voor de ‘handigheid’ van de allereerste moleculaire bouwstenen van het leven.

Hetzelfde, maar dan anders

Bij een chiraal molecuul is het niet mogelijk het molecuul zodanig te draaien dat het samenvalt met zijn spiegelbeeld. In koolstofverbindingen komt dit voor als er sprake is van een zogenaamd chiraal centrum. Vaak is dat een asymmetrisch koolstofatoom: een koolstofatoom dat vier verschillende groepen verbindt.

De natuur blijkt een grote voorkeur aan de dag te leggen voor één van de spiegelbeeldvarianten van chirale moleculen. Zoals een linkerhand niet in een rechterhandschoen past, zo kan het zijn dat een linksdraaiend molecuul in het lichaam iets heel anders doet dan zijn rechtsdraaiende spiegelbeeld.

Een onschuldig voorbeeld is de stof limoneen: de ene variant past op onze nasale ontvanger voor citroengeur, de andere variant ruikt naar sinaasappel. Minder onschuldig is het beruchte medicijn Softenon. De ene variant verminderde de misselijkheid tijdens een zwangerschap, de andere bleek aanleiding te geven tot mismaakte baby’s.

De natuurlijke voorkeur is terug te voeren op het feit dat aminozuren vrijwel uitsluitend in één specifieke spiegelbeeldvorm voorkomen. Hoe dat komt, daar breken wetenschappers zich al jaren het hoofd over.Beeld: www.novactabio.com

Oersoep

Dat circulair gepolariseerd licht een mogelijke bron is van de asymmetrie in de bouwstenen van het leven is geen nieuwe gedachte. De chemici die rond 1873 als eersten het concept van de moleculaire asymmetrie ontwikkelden, de Nederlander Jacobus Henricus van ’t Hoff en de Fransman Joseph Achille Le Bel, maakten daar al direct melding van. Maar omdat het effect zeer zwak is, gaven praktische demonstraties nooit overtuigende resultaten. Het Nijmeegse onderzoek doet dat nu wel.

De Nijmegenaren speculeren dat het proces van malen en roeren zoals ze dat in hun lab bestudeerden ook een rol heeft gespeeld in de oersoep waarin het aardse leven is ontstaan. Denk bijvoorbeeld aan een rotspoel met stenen erin, die in beweging zijn onder de invloed van getijdestromen. Zo snel als in het lab zal het maal-en-roer proces niet zijn gegaan. Maar dat hoeft ook niet. Tijd was er immers genoeg…

Meer experimenten

De Nijmeegse onderzoekers plaatsen het sterrenlicht dus aan de wieg van het aardse leven. Maar sterrenstof, meegebracht door meteorieten, blijft ook een goede kandidaat. Andere onderzoekers suggereren dat magnetische velden invloed hebben gehad, of kosmische straling. Het vakblad Chemistry World citeerde Elias Vlieg eerder deze week in een online bericht: ‘Mensen bediscussiëren allerlei soorten scenario’s in dit debat. Wij claimen niet dat dit de oorsprong is van de homochiraliteit van het leven, maar het is een bijdrage aan de discussie." Hij kondigt aan meer experimenten te gaan doen met moleculen die meer relevantie voor het leven hebben: echte aminozuren in plaats van derivaten en nog eenvoudiger moleculen zoals die in de oersoep aanwezig waren.

www.swau.edu

Het experiment: handigheid met licht

De Nijmeegse kristalchemici werkten in hun onderzoek bij het Institute for Molecules and Materials samen met Theo Rasing. Deze vooraanstaande natuurkundige (hij won in 2008 de Spinozapremie) is gespecialiseerd in de interactie tussen licht en materie. Samen bouwden ze een opstelling waarin ze gelijke hoeveelheden links- en rechtshandige kristallen een dag of drie beschenen met linksdraaiend danwel rechtsdraaiend gepolariseerd licht. Vervolgens werd de slurrie vijf dagen lang fijngemalen. Uiteindelijk verkregen de onderzoekers vrijwel uitsluitend kristallen van één van de twee molecuulvormen. Of het de links- of rechtshandige variant was, hing helemaal af van de draairichting van het gebruikte licht.

De ‘maal-en-roer’ fase van de laatste vijf dagen is in feite een versterking van een ‘richtinggevend’ effect dat het gepolariseerde licht in de eerste drie dagen heeft aangebracht. De onderzoekers hebben laten zien dat het licht verantwoordelijk is voor de vorming van een kleine hoeveelheid nieuwe moleculen die de kristalgroei van moleculen van één van de twee ‘handen’ voorkomt. In het geval van rechtsdraaiend licht blokkeerden die moleculen de aangroei van linkshandige kristallen. En met linksdraaiend gepolariseerd licht werkt het precies andersom.

Meer op Kennislink

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 november 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.