Fosfaat is één van de essentiële bouwblokken van leven zoals we dat vandaag de dag kennen. Maar dat is wellicht niet altijd zo geweest.
Al het moderne leven op aarde is – voor zover we weten – opgebouwd uit zes scheikundige elementen: zuurstof, waterstof, koolstof, stikstof, zwavel en fosfaat. Het laatstgenoemde element is zeker niet het minste. Fosfaat vinden we onder meer terug in ons DNA en RNA. Daarnaast is het een component van adenosinetrifosfaat (ATP) dat als drager van chemische energie een cruciale rol speelt in de celstofwisseling.
Hoe dan?
Fosfaat is dus belangrijk. En daar breken onderzoekers zich al een tijdje het hoofd over. Want fosfaat was op de jonge aarde vrij schaars en ook allesbehalve gemakkelijk toegankelijk. Ze kunnen zich dan ook moeilijk voorstellen dat fosfaat vanaf het prille begin van het leven op aarde zo’n cruciale rol heeft gespeeld. Sterker nog: sommige onderzoekers denken dat de eerste leven-achtige processen helemaal geen gebruik maakten van fosfaat. Een nieuw onderzoek heeft die theorie nu verkend en komt met een opmerkelijke conclusie: het is goed mogelijk dat de oorsprong van leven geen fosfaat vereiste.
Zwavel
Maar als de eerste organismen geen gebruik maakten van fosfaat, dan moeten andere elementen de rol van fosfaat hebben overgenomen. En welke elementen waren dat dan? In antwoord op die vraag keken onderzoekers vaak naar zwavel en ijzer. Zo stelden ze bijvoorbeeld dat de rol van ATP in eerste instantie vervuld werd door zwavel-bevattende thio-esters. Hoewel we weten dat ijzer en zwavel voorhanden was op de jonge aarde, bleef concreet bewijs voor deze theorieën echter uit.
Getoetst
Onderzoekers hebben beide theorieën nu getoetst. En wel door na te gaan of alle biochemische reacties die ons bekend zijn ook zonder fosfaat tot stand kunnen worden gebracht. En ja, dat kan. Het vereist wel tot 315 chemische reacties van fosfaat-vrije stoffen waarvan wordt aangenomen dat ze op de prebiotische aarde te vinden waren: formiaat, acetaat, waterstofsulfide, ammonium, koolstofdioxide, water, stikstofgas en bicarbonaat. Die chemische reacties resulteren in een breed scala aan belangrijke bouwblokken voor leven, zoals aminozuren en carbonzuren.
Nabij hydrothermale bronnen
Het onderzoek bewijst dat het leven kan zijn ontstaan uit acht eenvoudige fosfaat-vrije stoffen en dat het goed mogelijk is dat het gebruik van fosfaat pas later noodzakelijk werd. “Bewijs dat een vroege stofwisseling ook gefunctioneerd kan hebben zonder fosfaat wijst erop dat fosfaat geen essentieel ingrediënt is voor het ontstaan van cellulair leven,” vertelt onderzoeker Joshua Goldford. “Het proto-stofwisselingssysteem zou een energiebron nodig hebben gehad en kan op het oppervlak van de aarde – met zonne-energie als de belangrijkste drijvende kracht – of in de diepte van de oceanen, nabij hydrothermale bronnen – waar geochemische gradiënten de eerste leven-achtige processen aandreven – zijn ontstaan.”
Het onderzoek bewijst niet dat het leven zonder gebruik van fosfaat te maken, is ontstaan. Het toont alleen aan dat het een reëele mogelijkheid is. Tegelijkertijd trekt de studie de hypothese die stelt dat zelf-replicerende RNA-moleculen de voorlopers waren van het leven op aarde, in twijfel. Het onderzoek suggereert immers dat er eerst een stofwisseling op gang kwam en dat die de nucleïdezuren voortbracht die ook in RNA terug te vinden zijn.
