Het experiment van Miller-Urey ook nu nog actueel?


Is het mogelijk dat leven is ontstaan uit chemische reacties van eenvoudige levenloze anorganische moleculen?

Charles Darwin

De idee werd reeds geopperd door Charles Darwin. Dit blijkt uit een brief van 1 februari 1871 aan zijn goede vriend Joseph Dalton Hooker en waarin hij stelde: “… we could conceive in some warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity present, that a protein compound was chemically formed, ready to undergo still more complex changes…”.

De tijd was echter niet rijp, noch waren de middelen beschikbaar om deze denkpiste verder uit te diepen. Daarvan was Darwin zich ook bewust, doch hij wees erop dat het onderzoek naar de oorsprong van leven op wetenschappelijke basis kon worden aangepakt, en niet noodzakelijk een product van een god of schepper.

De hypothese van Oparin-Haldane

Deze theorie is, onafhankelijk van elkaar, ontwikkeld door twee onderzoekers: een Russische biochemicus Aleksandr Ivanovitsj Oparin en een Engels-Indiaas geneticus en evolutiebioloog John Burdon Sanderson Haldane.

In 1924 publiceerden ze samen hun hypothese dat organische moleculen zouden kunnen ontstaan zijn uit anorganische materie. Dit proces zou mogelijk geweest zijn in een reducerende atmosfeer op Aarde zowat drie miljard jaar geleden. Er was toen nog geen zuurstof in de atmosfeer en ook geen beschermende ozonlaag, wel bevatte de atmosfeer vooral waterdamp [H2O], methaan [CH4], ammoniak [NH3], waterstof [H2] en koolstofdioxide [CO2]. Onder deze omstandigheden konden zonnestralen ongehinderd tot in de oceanen doordringen. De Zon en bliksems tijdens (hevige) onweders leverden de nodige energie om de chemische reacties in gang te zetten: hierdoor konden complexe organische verbindingen worden gesynthetiseerd. Deze bleven stabiel want de afwezigheid van zuurstof voorkomt dat de organische moleculen worden geoxideerd. Zo zou in de oceanen een warme, dunne brij zijn ontstaan, Haldane noemde dit de “oersoep”.

Het experiment van Miller-Urey

In 1953 heeft de Amerikaanse scheikundige Harold Clayton Urey aan een van zijn studenten, Stanley Miller, gevraagd om een proef op te zetten met de bedoeling aan te tonen dat met de gegeven componenten, die verondersteld aanwezig waren in de atmosfeer van oer-Aarde, een synthese van organische moleculen mogelijk was.

Miller onderwierp het mengsel van de vier gassen aan continue vonkontladingen bij een spanning van 60 000 V; en dat gedurende een week lang. Na afloop stelde hij vast dat de meeste methaan en ammoniak waren 'verbruikt'. In de gasfase vond hij vooral koolstofmonoxide [CO] en stikstof [N2]. In de vloeistoffase was een donkere materie gevormd, die organische polymeren bleek te bevatten.

Na verdere analyse van deze waterige oplossing of 'oersoep' bleek dat er een hoeveelheid complexe organische moleculen waren gevormd, zoals:
• aminozuren, waaronder glycine [C2H5NO2], alanine [C3H7NO2] en asparaginezuur [C4H7NO4], deze moleculen zijn bouwstenen van eiwitten
• vetzuren [R-COOH]
• hydroxycarbonzuren [R-COH-COOH]
• amiden [R-CO-NH2]

Toen dit experiment plaats greep, stond de biochemie nog in de kinderschoenen. Toch is deze benadering van Miller en Urey grensverleggend, want meer recente kennis bevestigt de mogelijkheid dat leven langs deze weg kan zijn ontstaan. Er zijn ook aanwijzingen hieromtrent in de geologie en de studie van fossielen.

Het zelf eens proberen?

Probeer het experiment zelf eens uit met deze (veilige) interactieve online applicatie.

Een nog steeds lopend experiment

In het Amsterdamse NEMO Science Museum is de proef van Miller-Urey een actueel item. Klik op deze link om er alles over aan de weet te komen.

Tekst: Herman Schoups, 19/09/2017