Oude doos herbergt vergeten oersoep-experiment

Stanley Miller deed in 1953 een experiment waaruit bleek hoe belangrijke moleculen op de vroege aarde gevormd konden worden. Hij liet dozen achter vol met nooit geanalyseerde monsters. Amerikaanse wetenschappers namen ze alsnog onder de loep. Ze vonden een nieuwe manier waarop de bouwstenen van het leven ontstaan kunnen zijn.

1 juli 2014

De vergeten monsters van Miller uit de jaren ’50.
Scripps Institution of Oceanography, UC San Diego

Het experiment van Stanley Miller uit 1953, dat aantoonde dat aminozuren konden ontstaan onder omstandigheden zoals ze waren op de jonge aarde, is beroemd: het startte de zoektocht naar het ontstaan van het leven. Onder wetenschappers heerst echter al jaren de consensus dat Miller’s experiment inhoudelijk niet helemaal klopte (zie kader). Hij slaagde er niet in de situatie zoals die 4 miljard jaar geleden was op aarde na te bootsen. Toch hebben zijn experimenten uit de jaren ‘50 nu een nieuwe impuls gegeven aan het onderzoek naar het ontstaan van leven.

Wetenschappers van het Georgia Institute of Technology en de Universiteit van Californië in San Diego analyseerden oude monsters van Miller uit 1958. Chemicus Jeffrey Bada, die nog heeft samengewerkt met Miller, leidde het onderzoek. Het bleek dat Miller tijdens een experiment uit 1958 de organische stof cyaanamide toevoegde aan zijn reactieflesjes. Het team ontdekte zestig jaar later dat in deze reactieflesjes peptiden, moleculen bestaande uit een klein aantal aminozuren, waren ontstaan. Ze rapporteerden hun opwindende vondst vorige week in het chemisch tijdschrift Angewandte Chemie.

Miller’s beroemde experiment

Stop ammoniak, waterstof, methaan en water in een glazen fles, stel het mengsel bloot aan elektrische ontladingen en kijk na een paar weken welke moleculen zijn ontstaan. Dat was het afstudeeronderzoek van Stanley Miller in 1953, waarmee hij de oersoep en de blikseminslag op de vroege aarde nabootste.

In zijn flesjes ontstonden aminozuren, de bouwstenen van eiwitten. Zijn proefopzet is inmiddels achterhaald. Tegenwoordig denken onderzoekers dat de oeratmosfeer voornamelijk bestond uit de gassen koolstofmonoxide, koolstofdioxide en stikstof in plaats van methaan en ammoniak. Bij gebruik van eerstgenoemde gassen ontstaan in het experiment geen aminozuren.

Stanley Miller
Teadmata, vrijgegeven in het publieke domein

Uit de oude doos

Dozen vol met glazen flesjes met onderin een bruine smurrie. Op de etiketten staat een datum en een beschrijving, door Stanley Miller er zelf opgeplakt in 1958. Nadat Miller in 1999 overleed aan een hersenbloeding, kwam Bada in bezit van de dozen vol met experimentele monsters uit Miller’s lab. Op één van de dozen stond ‘monster elektrische ontlading’. In die doos ontdekte Bada reactieflesjes van de originele experimenten in 1953 en van de jaren daarna. Daartussen zaten flesjes waar Miller tijdens zijn experimenten cyaanamide aan toevoegde, zo was ook terug te lezen in zijn nauwkeurig bijgehouden aantekeningen.

Met geavanceerde technieken analyseerden het team, in samenwerking met onderzoekers van NASA, de inhoud van de flesjes. Ze deden een opwindende vondst: het reactiemengsel bevatte peptiden. Ook toen ze het experiment met moderne technieken overdeden ontstonden er peptiden.

Een experiment met elektrische ontlading simuleert de omstandigheden op de vroege aarde, uitgaande van simpele startmaterialen. De reactie wordt ontstoken door een vonk, die bliksem nabootst. Bliksem kwam waarschijnlijk veel voor op de vroege aarde.
Georgia Tech

Ze speculeren dat meer dan 4 miljard jaar geleden aminozuren met behulp van cyaanamide aan elkaar hechten waarbij peptides ontstonden. In theorie kunnen die peptides vervolgens weer eiwitten en enzymen vormen die nodig zijn voor de biochemie van het leven zoals wij het kennen.

Verklaring

Waarom Miller in 1958 cyaanamide toevoegde aan de reactie is onbekend. Destijds dachten wetenschappers dat een reactie met cyaanamide alleen zou werken in een zure omgeving, en zulke omgevingen kwamen op de vroege aarde niet voor. Verondersteld wordt dat de oersoep een te hoge pH had voor cyaanamide.

Het nieuwe onderzoek laat echter zien dat er tijdens de vorming van aminozuren tussenproducten ontstaan. Die tussenproducten werken prima in een niet-zure omgeving en helpen de aminozuren aan elkaar te koppelen tot peptiden. Ook al zijn de experimenten van Miller achterhaald, deze nieuwe experimenten laten wel zien hoe cyaanamide mogelijk betrokken was bij de stap van aminozuren naar peptiden.

Bron:

Eric T. Parker e.a., ‘A Plausible Simultaneous Synthesis of Amino Acids and Simple Peptides on the Primordial Earth’, Angewandte Chemie, online publicatie op 25 juni 2014. DOI: 10.1002/anie.201403683

Reageer