Je leest:

Oersoep-experiment onverwacht succesvol

Oersoep-experiment onverwacht succesvol

Bouwstenen van eiwitten gevormd in herhaling van historisch Miller-Urey-experiment in NEMO

Auteur:
Hanne Nijhuis voor NEMO Science Museum

Na een looptijd van vijf jaar is het Miller-Urey-experiment uit NEMO geanalyseerd. Wat is er ontstaan in deze nagebootste oersoep? Net als in het originele experiment, blijken ook nu weer ‘bouwstenen van leven’ te zijn gevormd.

Leveninhetheelal miller
Het beroemde Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum, links een foto uit 2012, rechts een foto uit 2017.
NEMO Science Museum

Wat zit erin? Dat was de grote vraag toen in mei van dit jaar het Miller-Urey-experiment in NEMO werd gestopt. Zou er in deze nabootsing van de ‘oersoep’ leven zijn ontstaan? Dat niet, zo weten we nu. Maar er zijn wel aminozuren gevormd, de bouwstenen van eiwitten. Cruciale moleculen voor al het leven dat we nu op aarde kennen. Ook van dat van ons. En misschien is er nog veel meer mogelijk: vandaag gaan drie nieuwe experimenten van start om de huidige resultaten te bevestigen en hopelijk nieuwe vondsten te genereren.

Scepsis en verbazing

In 1953 publiceerden de Amerikaanse promovendus Stanley Miller en zijn begeleider Harold Urey de resultaten van een revolutionair experiment. Ze hadden een kolf gevuld met eenvoudige gassen en water om de situatie op de jonge aarde, nog voordat er leven was, na te bootsen. In de kolf zorgden twee elektroden voor een elektrische ontlading, een soort bliksemflits, die de energie moest leveren voor chemische reacties. Doel van het experiment was om te zien of onder deze omstandigheden leven kan ontstaan. Of, iets minder ambitieus, dat er moleculen worden gevormd die belangrijk zijn voor leven.

Het plan van Miller en Urey werd destijds met de nodige scepsis onthaald en de verbazing was dan ook groot toen na een week verschillende aminozuren opdoken in deze ‘oersoep’. Een mengsel van eenvoudige gassen, wat water en energie uit een bliksemflits bleken voldoende om de ‘bouwstenen van leven’ te kunnen vormen.

Al snel volgde er kritiek; er werd hardop getwijfeld of hun experiment die oersituatie wel goed nabootste. Tegelijkertijd staat wel vast dat het Miller-Urey-experiment de start betekende van een heel nieuwe kijk op experimenteel onderzoek naar het ontstaan van leven. “Natuurlijk is er veel discussie geweest over de wetenschappelijke waarde van hun resultaten, maar het is hoe dan ook een belangrijk historisch experiment”, vindt Bert Meijer, hoogleraar Organische Chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven.

Filmpje over het afronden van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum

Prut en aanslag

Toen Meijer werd benaderd door Rob van Hattum van NEMO Science Museum om mee te werken aan een langdurige herhaling van het Miller-Urey-experiment vond hij dat een heel leuk idee, maar hij had zo z’n twijfels of het iets zou opleveren. “We moesten de omstandigheden van het originele experiment flink aanpassen. Bij een experiment in een museum vol kinderen staat de veiligheid natuurlijk voorop. Daarom moesten we werken bij veel lagere druk en een veel lagere temperatuur dan in de originele situatie. Ook de kracht van stroomstootjes moest flink omlaag.” Chemische reacties verlopen langzamer bij lagere temperatuur en druk, als ze al op gang komen.

In 2012 ging het experiment van start. Meijer: “Af en toe keek ik in die kolf en dan zag ik wat grijze prut en wat aanslag op de elektroden en dan kon ik me niet voorstellen dat hier iets interessants zou ontstaan.” In mei van dit jaar zat de looptijd erop. De opstelling werd afgebroken en de zorgvuldig afgesloten kolf met onbekende inhoud ging op transport naar Eindhoven. Daar stonden Marle Vleugels en Martin van Son, masterstudenten scheikunde, klaar om deze nieuwe oersoep te doorgronden.

Te klein

Waar begin je met zoeken in een mengsel waar van alles in kan zitten? “Onze opdracht was om specifiek naar aminozuren te zoeken”, vertelt Vleugels. Dat klinkt als een rechttoe-rechtaan klusje, maar dat bleek toch iets ingewikkelder, ondanks dat ze een hele batterij aan analytische technieken tot hun beschikking hadden. Als eerste stap wilden ze HPLC gebruiken, een techniek waarbij je een mengsel scheidt in de afzonderlijke componenten. “Maar aminozuren zijn te klein om direct te detecteren met HPLC”, legt Van Son uit.

Rm icms marle en martin 001
Marle Vleugels en Martin van Son
Rien Meulman, met toestemming

Koppeling aan een groter molecuul, een derivaat, was noodzakelijk en dat bood meteen de mogelijkheid tot selectie. Van Son: “We kozen een derivaat dat alleen zou binden aan amines, dat zijn moleculen met daarin een NH2-groep, een stikstofatoom met daaraan twee waterstofatomen. Alle aminozuren bevatten zo’n groep, dus dan weet je dat alles wat niet bindt aan je derivaat in ieder geval geen aminozuur is.”

Niet-standaard aminozuur

Het had nog behoorlijk wat voeten in de aarde, maar uiteindelijk lukte het de twee studenten om de potentiële aminozuren uit het mengsel te halen. Met behulp van nog weer andere technieken konden ze vervolgens aantonen dat er drie verschillende aminozuren zijn gevormd: glycine, alanine en bèta-alanine. Deze laatste is een variant op alanine met de NH2-groep op een andere locatie in het molecuul. En er zijn heel sterke aanwijzingen dat er ook 4-aminobutaanzuur is gevormd; een aminozuur dat we niet tegenkomen als bouwsteen van eiwitten. “Het is wel heel leuk dat we ook een niet-standaard aminozuur hebben gevonden”, zegt Van Son.

“Ik ben echt verrast dat ook bij de bijzonder milde omstandigheden van dit experiment deze stoffen ontstaan”, aldus een enthousiaste Bert Meijer. “Dit had ik vooraf niet gedacht.” Vleugels en Van Son hebben alleen naar aminozuren gezocht, maar er is vast nog meer te vinden. Daar heeft Meijer wel ideeën over. “Natuurlijk moeten we een slag om de arm houden, maar als ik naar de resultaten van de massaspectrometrie-bepalingen kijk, dan lijkt het er sterk op dat er langere ketens in het mengsel zitten. We gaan nu eerst zorgvuldig bepalen wat er precies aanwezig is, maar ik durf wel te zeggen dat we hier wellicht heel interessante moleculen tegenkomen.”

Klei in de kolf

Met de analyse zijn ze in Eindhoven nog wel even zoet, maar ondertussen gaat er alweer een nieuwe versie van het Miller-Urey-experiment van start in NEMO. Nu in maar liefst drie kolven, vertelt Vleugels. “Eentje is een exacte herhaling van het vorige experiment, de tweede is gelijk aan nummer één maar dan met klei toegevoegd en de derde is gelijk aan nummer één, maar in plaats van elektrische ontladingen zorgt een uv-lampje voor de energie.” Waarom klei? “Veel wetenschappers denken dat anorganische stoffen zoals klei een rol hebben gespeeld bij het ontstaan van het eerste leven”, zegt Van Son. “Aan het oppervlak van dit soort vaste materialen kunnen zich allerlei belangrijke reacties hebben afgespeeld.”

Miller exp nieuw drie kolven
De drie nieuwe versies van het Miller-Urey-experiment: rechts de kolf die een herhaling is van het vorige experiment, in het midden de kolf waar een uv-lampje voor de energie gaat zorgen (nog niet gemonteerd) en links de versie met klei toegevoegd.
Martin van Son, met toestemming
Miller exp ingepakt okt2017
Het nieuwe Miller-Urey-experiment is zorgvuldig ingepakt en klaar voor transport van de TU Eindhoven naar NEMO Science Museum in Amsterdam waar het vijf jaar zal lopen onder toeziend oog van de bezoekers.
Martin van Son, met toestemming

Bert Meijer hoopt dat de twee variaties op het originele experiment ook echt leiden tot de vorming van andere moleculen. En hij hoopt dat de replica van het origineel juist een herhaling van de resultaten laat zien. “Ik kan niet vaak genoeg benadrukken hoe belangrijk het is dat je resultaten kunt reproduceren. Eén experiment levert geen wetenschappelijk bewijs.”

Niet zo snel

Maar in hoeverre levert dit experiment eigenlijk wetenschappelijk relevante informatie? Leert dit ons iets over het ontstaan van leven? “Dit is in de eerste plaats een experiment voor in een museum, waarmee je kinderen kennis wilt laten maken met wetenschap en bezoekers wilt laten nadenken over het ontstaan van leven”, aldus Meijer. “Als het verrassende uitkomsten levert is dat een mooie bijvangst, maar het is niet het uitgangspunt.”

Meijer denkt echter wel dat chemici op een andere manier iets van dit experiment kunnen leren. “Dit experiment heeft vijf jaar geduurd en chemici werken nooit zo lang aan één experiment. Bij ons moeten reacties vooral zo snel mogelijk verlopen, maar dit laat zien dat snelheid misschien niet altijd de beste drijfveer is. Een langere looptijd en heel milde condities kunnen ook interessante resultaten opleveren.” Dus toch maar een hoekje reserveren in het lab om een experiment lekker lang te laten lopen. Wie weet wat je tegenkomt.

Ben feringa en bert meijer bij nemo experiment
Nobelprijswinnaar Ben Feringa en supramoleculair-wetenschapper Bert Meijer bij de nieuwe opstelling van het Miller-Urey-experiment in NEMO Science Museum op 13 oktober 2017.
DigiDaan
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 13 oktober 2017

Discussieer mee

0

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

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE