“Is dat een drol?” Sijbren Otto knikt bevestigend. Tijdens de rondleiding staar ik verwonderd naar het versteende object. De drol ligt in een vitrinekast met nog zo’n twintig andere fossielen. Van een ieniemini dinosauriër tot de afdruk van een paardenstaart, de wetenschapper vertelt enthousiast over ieder voorwerp. Mijn blik valt op een stuk gesteente met cirkelvormig patroon. “Een stromatoliet”, vertelt hij. “Dat patroon is ontstaan door micro-organismen. Sommige stromatolieten zijn 3,8 miljard oud. Ze zijn de eerste tekenen van leven op aarde.”

Fossielen zoeken is al sinds zijn kindertijd een hobby. Toch ging Sijbren Otto geen paleontologie studeren, maar scheikunde aan de Rijksuniversiteit Groningen. Na ruim tien jaar onderzoek te hebben gedaan in het buitenland keerde de chemicus in 2009 terug naar de universiteit voor een baan als universitair docent. Sinds 2016 is Otto hoogleraar Systeemchemie. Deze zijtak van de scheikunde onderzoekt moleculen die samenwerken om iets te doen wat ze individueel niet kunnen. Tot leven komen, bijvoorbeeld.

Maar met dat thema hield Otto zich helemaal niet bezig aan het begin van zijn carrière. Zijn interesse voor het ontstaan van leven kwam min of meer per ongeluk terug op zijn pad in 2010. Een oplettende promovendus in Otto’s groep deed een ontdekking die de eerste dominosteen bleek van een reeks doorbraken. Een reeks vallende dominostenen die Otto steeds een stap dichter bracht bij wat vanaf dat moment het ultieme doel was geworden: leven bouwen in het lab.

Onverwachte fratsen

We stappen weg van de fossielenkast in Otto’s kantoor en gaan aan tafel zitten. Ik vraag waarom hij dat zo graag wil, synthetisch leven bouwen. “Leven maken helpt ons begrijpen hoe leven ontstaat”, vertelt de chemicus. “Op het moment dat je een pad naar leven hebt gezien, ben je beter onderlegd om te verklaren hoe het ooit op aarde zover kon komen.”

Wat de promovendus, Jacqui Carnall, deed om die eerste dominosteen te doen vallen, grenst aan genialiteit, vindt Otto. “Zoiets bedenk je niet, en toch bedacht ze het.” De hoogleraar vertelt dat Carnall een bepaald synthetisch molecuul wilde maken. Dat lukte min of meer, maar het deed niet wat het moest doen. Na enkele weken analyseerde de onderzoeker haar moleculen nog eens. Ze voerden heel andere fratsen uit dan de bedoeling was.

Steeds als Carnall de proef herhaalde, was het resultaat een verrassing. De ene keer vormde zich molecuul A, de andere keer molecuul B, maar nooit een mengsel van de twee. “Jacqui baalde ervan, want haar experiment was niet reproduceerbaar”, zegt Otto. “Ik was juist blij met deze nieuwe puzzel.”

Survival of the weakest

Carnall en Otto bekeken de moleculen onder een elektronenmicroscoop. Ze zagen sliertjes. Dat moest door zelfassemblage komen, concludeerden ze. Dat betekent dat de moleculen spontaan samenklonteren in een patroon, opgestapelde sliertjes in dit geval. Ze hadden iets weg van hoe eiwitten oprollen en opvouwen.

Was de verklaring van het vreemde molecuulgedrag misschien mechanisch in plaats van chemisch? Toen die vraag op het toneel verscheen, realiseerde Carnall zich waarin de oplossing mogelijk zat. Na enkele experimenten was ze eruit: de manier van roeren was het antwoord. Hoe krachtiger dat gebeurde, hoe sneller de sliertjes braken. Vervolgens groeiden al die gebroken sliertjes weer aan met nieuwe moleculen.

Otto noemt het zeldzame fenomeen survival of the weakest. “Jacqui had moleculen ontdekt die zichzelf vermenigvuldigen, ofwel aan zelfreplicatie doen. En dat is een van de essentiële onderdelen van het leven. RNA en DNA doen het ook.”

Katalyse-kampioen

Nu de eerste dominosteen was gevallen, wilde Otto de volgende essentiële eigenschap van leven ook vinden: metabolisme. In het menselijk lichaam gebeurt stofwisseling met behulp van enzymen. Deze kleine eiwitten knippen of plakken moleculen tot iets nieuws. Ze beïnvloeden welke stoffen er ontstaan en verdwijnen. “Zulke katalyse wilden we ook doen met onze moleculen”, zegt Otto.

Een jarenlange zoektocht liep uit op niets. Uiteindelijk was het collega-wetenschapper Clemens Mayer, ook werkzaam in Groningen, die zo’n goede tip gaf dat hij dominosteen 2 pardoes omver tikte. Otto legt het uit: “De zelfreplicerende moleculen die Jacqui een decennium daarvoor had ontdekt bleken zelf, zonder enige bewerking, al twee chemische reacties te kunnen katalyseren.” Inmiddels staat de teller zelfs op zes. Otto noemt het een unicum. “De meeste katalysatoren, ook enzymen, katalyseren één reactie, soms twee.”

De chemicus lacht als hij zijn zoektocht naar synthetisch leven tot nu toe samenvat. “Onze moleculen kunnen van alles zonder enige bewerking. Het duurde alleen heel wat jaren voordat we dat ontdekten.” Is dat niet hartstikke frustrerend? “Nee”, zegt Otto vastbesloten. “Je kunt jezelf niet verwijten dat je zoiets niet eerder zag, want het ligt niet voor de hand. Zelfs nu ik volledig gewend ben aan het idee, vind ik het nog steeds verbazingwekkend dat één molecuul kan repliceren, katalyseren en informatie doorgeven, terwijl het daar niet voor ontworpen is. Dat is niet de norm in de chemie.”

Op dit moment is dominosteen 3, die van de compartimenten, langzaam aan het vallen. Om leven te creëren, moet je je systeem namelijk bij elkaar houden, net als een cel doet middels een membraan. Voor het eerst doen Otto’s moleculen het grote werk niet zelf. In plaats daarvan katalyseren ze een chemische reactie die zorgt voor de compartimentalisatie.

De onderzoeksgroep werkt hiervoor samen met Evan Spruijt, die eerder aan het woord kwam in deze serie. Spruijt maakt druppels die Otto combineert met zijn zelfreplicerende systeem en dat gaat al vrij goed. “De compartimenten staan stevig in de steigers, maar we hebben er nog niet over gepubliceerd.”

En dat betekent dat er nog één dominosteen moet vallen: evolutie. Otto ontdekte al dat het systeem kleine evolutiestapjes kan zetten als de moleculen vrij rondzwemmen. “Op dit moment onderzoeken we of evolutie ook lukt met de compartimenten erbij.” Het is een grote, zware dominosteen, maar ook veruit de spannendste, vindt Otto. “Als we erin slagen is de grote vraag in hoeverre evolutie nieuwe dingen kan uitvinden. Kan het systeem zich verder ontwikkelen? Als je het een probleem geeft, kan het dan middels evolutie tot een oplossing komen? En hoe ziet dat er dan uit? Kun je het simuleren? Die vragen vind ik heel intrigerend.”

Stel dat de moleculen van Otto zich inderdaad kunnen aanpassen om steeds beter te overleven, is het dan gelukt? Heeft de chemicus dan synthetisch leven gecreëerd? “De ene persoon zal daarop ‘ja’ antwoorden, de ander vindt het te minimalistisch.” Otto legt uit dat we dit grijze gebied amper kennen. Op aarde leeft iets overduidelijk of helemaal niet. “Wat mij betreft wordt de grens bepaald door de mogelijkheid van evolutie. Als het systeem dankzij evolutie kan voortbestaan en zich doorontwikkelt tot een steeds minder minimalistische levensvorm, dan gaan de champagneflessen open.”

De grootste steen

We lopen nog even terug naar de vitrinekast. Ik wijs naar een spiraalvormige steen die ik duidelijk herken. “Een ammoniet,” bevestigt Otto. “Misschien wel de meest iconische fossielen. Dit is maar een kleintje.” De hoogleraar vertelt dat er in Portland, een schiereiland in Engeland, ammonieten te vinden zijn die wel “zo groot” zijn. Otto houdt zijn armen zeker een halve meter uit elkaar. “Toen mijn partner en ik daar langs de kust wandelden, zagen we een enorme ammoniet in de rotsen. Die steen was niet te tillen, maar we weigerden het fossiel te laten liggen.”

Lachend vertelt de wetenschapper hoe ze het fossiel bedekten onder andere stenen en inkopen gingen doen. Bewapend met een hamer en beschermbril keerde het stel terug. “We zijn de hele middag bezig geweest om de rots kleiner te bikken zonder het fossiel te beschadigen.” Toen de steen klein genoeg was om samen te tillen, hesen ze hem op het skateboard dat ze ook hadden gekocht. “Zo zijn we naar de auto gerold.”

Het fossiel is nergens te bekennen in Otto’s kantoor. De ammoniet ligt namelijk al twintig jaar in zijn schuur te wachten tot die wordt uitgebeiteld. “Ooit komt het ervan”, belooft de wetenschapper.