Water is essentieel voor leven zoals wij dat kennen, maar waarom eigenlijk? Een nieuwe analyse zet vraagtekens bij het idee dat het puur het medium is waarin de reacties plaatsvinden die belangrijk zijn voor leven. In plaats daarvan neemt het goedje actief deel aan die reacties.
De bevindingen leveren aanwijzingen voor de rol die water speelde bij het ontstaan van leven op aarde. Ze suggereren dat de vloeistof verantwoordelijk was voor het ‘kiezen’ van de chemicaliën die nu de basis van het leven vormen.
‘Het belang van water voor leven is goed bekend’, zegt biotechnoloog Moran Frenkel-Pinter van het Georgia Institute of Technology in Atlanta. ‘Maar de rol van water als de meest reactieve chemische deelnemer aan de biochemie van vandaag werd niet op waarde geschat.’
‘Ik probeer robots te ontwikkelen die ook echt een nieuwe stap maken’
Hoe werkt vliegen? Dat lijkt een simpele vraag, maar voor luchtvaarttechnicus en bioloog David Lentink is het een levenslange zoektocht.
Database van reacties
Water wordt vaak gezien als de achtergrond waarin alle andere chemicaliën, zoals DNA en eiwitten, oplossen. Het podium, met andere woorden, waarop de écht belangrijke zaken des levens plaatsvinden.
Om te laten zien welke actieve rol water eigenlijk speelt, wendden Frenkel-Pinter en collega’s zich tot een database van biochemische reacties. Van de 6500 bekende reacties werd bij zo’n 40 procent een watermolecuul gemaakt of vernietigd.
Dat is een voorzichtige schatting, zegt teamlid Loren Dean Williams, biochemicus aan het Georgia Institute of Technology. De precieze mechanismen achter veel reacties zijn namelijk onbekend. Die kunnen op subtiele manieren van water afhankelijk zijn.
Opsplitsende bacterie
Het team keek ook naar moleculen die ontstaan tijdens de levenscyclus van de uitvoerig bestudeerde bacterie E. coli. Meer dan 99 procent van deze moleculen zijn watermoleculen, schat het team.
Elke keer dat een E. coli-bacterie zich opsplitst om twee nieuwe cellen te vormen, wordt elk watermolecuul gemiddeld 3,7 keer getransformeerd of drijft het een chemische reactie aan.
‘Ik denk inderdaad dat wetenschappers de neiging hebben water te zien als iets wat zijn rol speelt op de achtergrond’, zegt bioloog Lena Vincent van de Universiteit van Wisconsin-Madison. De studie bevestigt ‘iets wat we al vermoedden, maar waarvan we de reikwijdte niet helemaal inzagen’, zegt ze.
Moleculen kiezen
Voordat de eerste levende cellen ontstonden, bood de aarde een thuis aan een enorme hoeveelheid niet-levende chemicaliën die continu met elkaar reageerden en veranderden. Op de een of andere manier kwamen uit die ‘chemische evolutie’ complexe, zichzelf onderhoudende structuren voort. Oftewel: levende organismen.
‘Het basale model dat we hebben, is dat organische moleculen ontstonden in de atmosfeer en neerdwarrelden op aarde’, zegt Williams. Daar kwamen ze grote hoeveelheden water tegen, zowel in zee als op het land. Die overweldigende hoeveelheid zorgde ervoor dat de stof een enorme invloed had op welke chemicaliën overleefden en deel zouden uitmaken van leven, en welke niet.
‘Er waren veel moleculen die niet fijn samenspeelden met water’, zegt Frenkel-Pinter. ‘Die werden niet meegenomen. De moleculen waar dat wel voor gold, waren de exemplaren die konden oplossen in water.’
Dat is al lang bekend, maar Frenkel-Pinter stelt dat deze moleculen niet alleen in water oplosbaar moesten zijn, maar ook moesten kunnen reageren met water. ‘Dat is hoe ze werden uitgekozen.’
