De Big Bang van de biologie
De belangrijkste vraag van het leven – Nick Lane – vertaling Mario Molegraaf – Prometheus – 421 blz.
In de jaren vijftig van de twintigste eeuw voerden de Amerikaanse scheikundigen Miller en Urey een experiment uit dat nog altijd tot de verbeelding spreekt. In een glazen bolvormig recipiënt bootsten ze de omstandigheden na die zo’n 4,5 miljard jaar geleden in de atmosfeer op de jonge aarde heersten. Elektrische ontladingen simuleerden bliksems in een gasmengsel van methaan, diwaterstofgas, waterdamp en ammoniak (de zogenaamde ‘oersoep’). In hun kolf stelden ze de vorming vast van organische moleculen zoals aminozuren, lipiden en suikers. Dit zijn essentiële bouwstenen van het leven.
Het experiment was een eerste poging om te achterhalen hoe het leven zich hier op aarde had kunnen ontwikkelen louter op basis van de toen aanwezige anorganische stoffen. Ondertussen is de proefopzet achterhaald maar met Miller en Urey startte de zoektocht naar het begin van het leven. In zijn boek stelt de Britse biochemicus Nick Lane dat het ontstaan van het allereerste leven uit dode materie niet de moeilijkste stap geweest is in de geschiedenis van het leven. Het meest cruciale feit in de evolutie was de ontwikkeling van de eukaryotische cel, de bouwsteen waaruit niet alleen ons menselijk lichaam is opgebouwd maar ook dat van alle meercellige planten en dieren.
Het huidige leven kan ruwweg in twee hoofdgroepen worden ingedeeld: de prokaryoten (bacteriën en archaea) en de eukaryoten. Twee miljard jaar lang trof je op de aarde alleen maar prokaryoten aan. Maar op een bepaald moment in de evolutie heeft zich een cruciaal feit voorgedaan: een bacterie is in een andere bacterie gekropen zonder te worden vernietigd. De twee bacteriën hebben samengewerkt (endosymbiose) waarop de ingesloten bacterie zich uiteindelijk ontwikkelde tot een mitochondrie, het celorganel dat de energiecentrale vormt in de eukaryotische cel. Dit proces maakte het mogelijk dat de cellen nu plots meer energie konden opwekken wat een noodzakelijke voorwaarde was om groter en complexer te worden. Het leven sloeg vrij plots een heel andere richting in. Dit samenleven van twee bacteriën was evenwel niet gemakkelijk. De ontwikkeling van eigenschappen en tools als seksuele reproductie en in een kernmembraan opgerold DNA was essentieel om te kunnen overleven. Het leven sloeg vrij plots een heel andere richting in.
Cruciaal in de energieopwekking in een cel is de zogenaamde protonenspanning tussen de binnen-en buitenzijde van het membraan van mitochondriën. Deze protonen (waterstofionen) drijven een enzym aan, ATP-synthase, dat ATP (adenosinetrifosfaat) vormt, de bio-accu in cellen bij uitstek. Nick Lane stelt trouwens dat deze opbouw van protonenspanning ook cruciaal geweest is in het ontstaan van het leven. Hij toont aan dat onder bepaalde omstandigheden in de oceaanbodem – op plaatsen waar warm, mineraalrijk water door rotsen met zeer kleine poriën loopt – zich niet alleen de bouwstenen van het leven zelf hebben ontwikkeld maar ook de vereiste protonengradiënten aanwezig waren die zo belangrijk zijn voor de energievoorziening van dit prille nieuwe leven.
De uitleg van Nick Lane is zeer helder. Regelmatig somt hij op wat hij heeft uitgelegd en recapituleert de belangrijkste conclusies. Hij duidt zeer goed aan op welk onderzoek van voorgangers hij zich beroept om zijn hypothesen te vormen. Zijn theorie vereist nog verder onderzoek en onderbouwing door experimenten, maar zijn uitleg is zeer overtuigend. Hij probeert zich te richten tot een groot publiek, maar zeker in het tweede gedeelte van het boek is een stevige kennis van biochemie en celbiologie toch wel essentieel. Foto’s, diagrammen en schema’s illustreren de uiteenzettingen. Achterin het boek vinden we nog een uitgebreide bibliografie, een glossarium en een register met namen.
Het niet kunnen maken van voorspellingen is volgens Nick Lane een belangrijk hiaat in het vakgebied van de biologie. Zijn uitgewerkte theorie stelt hem in staat dit wel te doen. Zo stelt hij op het einde van zijn boek dat complex leven vermoedelijk zeer zeldzaam is in het heelal. Als er al leven zich ontwikkeld heeft, is het heel waarschijnlijk dat het niet verder geëvolueerd is dan het bacteriële niveau. Een statistische waarschijnlijkheid kan hij evenwel niet plakken op zijn voorspelling.
Kris Muylle
