Stel dat de mensheid een verkenningssonde naar een verre planeet heeft gestuurd en een stof ontdekt die niet op aarde voorkomt. Wat moet hij met haar doen? Chemische analyse? Wat als het leeft en chemische analyse het zal doden? Hoe kom je erachter?
Nu zijn er in de wetenschap ongeveer honderd definities van wat leven is. En als er zoveel definities zijn, betekent dit dat wetenschappers zelf niet volledig begrijpen wat het is.
Veel definities verwijzen naar "eiwitten" en "cellen" die niet noodzakelijk aanwezig zijn in buitenaards leven. Bovendien lijkt het erop dat ze aan het begin van het aardse leven ook afwezig waren (maar daarover later meer).
Als we proberen het gemeenschappelijke deel uit deze definities te halen, blijkt dat levende wezens stoffen uitwisselen met de omgeving (metabolisme), het vermogen hebben om te groeien, te reageren op externe omstandigheden, zich voort te planten …
Laten we deze bepalingen eens bekijken.
Metabolisme. Dit is een eigenschap van bijna elk chemisch proces. Hetzelfde kaarsvuur haalt bijvoorbeeld zuurstof uit de omgeving en geeft net als wij koolstofdioxide af. Maakt dat hem levend?
Reproductie. Een computervirus vermenigvuldigt zich ook.
Groei. Kristallen groeien ook. En door dezelfde kaars omver te werpen, kun je het vuur per ongeluk door de kamer "verspreiden".
Promotie video:
Reactie op externe omstandigheden. IJskristallen groeien sneller bij lage temperaturen - ze reageren op externe omstandigheden.
Dit betekent dat al deze tekenen - metabolisme, het vermogen om zich voort te planten en te groeien, reageren op de externe omgeving - niet voldoende zijn.
Wetenschappers hebben de definitie van leven aangevuld met een nieuwe voorwaarde: een levend wezen in het uitwisselingsproces creëert complexere stoffen.
Het kristal groeit, het computervirus vermenigvuldigt zich, het vuur creëert complexe stoffen. Maar dit is geen leven!
Enerzijds is de voorwaarde waar: de hele reeks levende eiwitten (en er zijn er miljoenen verschillende) is gemaakt van een twintigtal aminozuren. Aan de andere kant worden in dezelfde kaarsvlam willekeurig zeer complexe stoffen gemaakt: antraceen, fenantreen …
Er is echter een fundamenteel verschil.
Wat in een vlam wordt gesynthetiseerd, is voor vuur niet nodig, zelfs niet schadelijk (van roet gaat het bijvoorbeeld uit). Maar wat in een levend organisme wordt gesynthetiseerd, wordt gebruikt om het te bouwen, om te helpen bij dezelfde synthese, om het te beschermen tegen de externe omgeving. Het blijft, en dan kan het naar nakomelingen gaan.
Deze toestand, die "accumulatie en overdracht van informatie" werd genoemd, wordt nu beschouwd als de belangrijkste eigenschap van het leven. En hoe deze informatie wordt verzameld - door de synthese van stoffen die nodig zijn om te overleven, de overdracht van antilichamen, aangeboren instincten of het gedrukte woord (zoals het nu met jullie gebeurt) - dit is al secundair.
Hoe kon het levenloze leven?
Hoe is het leven ontstaan? Er zijn ook veel antwoorden op deze vraag. “Uit de ruimte gehaald”, “als een experiment geland door een bepaalde beschaving” - zulke antwoorden roepen alleen maar weer dezelfde vragen op: hoe is dan het leven ontstaan op de thuisplaneet van deze bepaalde beschaving?
Als we de levende wereld om ons heen observeren, is het erg moeilijk voor te stellen dat al deze complexiteit en diversiteit op de een of andere manier vanzelf zouden kunnen ontstaan. En als we aannemen dat in sommige oude tijden alle levende wezens werden vertegenwoordigd door slechts één soort leven?
Nu vinden geologen een veelvoud aan gelaagde stenen, stromatolieten, die worden gevormd door overblijvende kolonies van cyanobacteriën. Dus de oudste van deze stenen zijn drie en een half miljard jaar oud. Er zijn geen sporen meer bekend van de activiteit van levende wezens uit die tijd. Dat wil zeggen, het lijkt erop dat de enigen die toen op aarde leefden, cyanobacteriën waren.
Stromatolieten.
Maar zelfs een bacterie is al een heel complex organisme. Er worden veel verschillende eiwitten in gesynthetiseerd, erfelijke informatie wordt opgeslagen in DNA en RNA (ribonucleïnezuur) wordt gebruikt voor transmissie en transport. Zou het kunnen dat al deze stoffen plotseling bij toeval zijn verschenen en met elkaar zijn gecombineerd?
Cyanobacteriën.
Wetenschappers hebben onlangs ontdekt dat er biochemische reacties zijn waarvoor eiwit niet nodig is. Deze reacties kunnen plaatsvinden met de deelname van alleen RNA, de zogenaamde ribozymen.
Laten we ons zo'n levend organisme voorstellen. Het lijkt vooral op een druppel met daarin een oplossing van nucleïnezuren. Sommige moleculen slaan erfelijke informatie op, terwijl andere nieuwe RNA's synthetiseren. Weer anderen vormen een omhulsel.
Hoe vindt voeding en voortplanting plaats in zo'n organisme? Geschikte moleculen uit de externe omgeving paren met schaalmoleculen en worden naar binnen getrokken. Intern vormen ze op dezelfde manier paren met reeds bestaande "lange" RNA-ketens. Natuurlijk duurt het erg lang voordat een nieuwe keten zich door chemische bindingen kan binden, of een korte hoge temperatuur, of de hulp van een ander RNA-ribozym.
RNA-molecuul onder een elektronenmicroscoop.
Maar de hoofdtaak is op zijn minst vervuld - zo'n druppel oplossing kan al nuttige informatie verzamelen en verzenden, dat wil zeggen dat hij al leeft.
Wat maakt de juiste moleculen combineren?
Ongeluk?
Taaltheorie van het leven
We ontdekten dus dat leven ontstaat als gevolg van de combinatie van levenloze elementen, en het belangrijkste kenmerk ervan is het vermogen om informatie op te slaan en te verzenden.
En nu - aandacht. Er is een fenomeen dat zich op dezelfde manier gedraagt, hoewel we het niet als levend beschouwen. Toegegeven, we noemen dit fenomeen vaak "levend", maar in figuurlijke zin. Wat is dit fenomeen? Bekijk de foto eens.
Probeer te lezen wat hier staat. Niets geschreven! Het zijn maar letters en het heeft geen zin om ze willekeurig te verzamelen. We kunnen zeggen dat deze verzameling brieven "dood" is.
En nu zijn dezelfde letters in een specifieke volgorde verbonden:
Probeer te lezen wat hier staat. Niets geschreven! Het zijn maar letters en het heeft geen zin om ze willekeurig te verzamelen. We kunnen zeggen dat deze verzameling brieven "dood" is.
En nu zijn dezelfde letters in een specifieke volgorde verbonden:
Heeft u geraden welk fenomeen dezelfde eigenschappen heeft als het leven? Tong! De gewone taal waarin we spreken, denken, lezen en schrijven. En soms noemen we het zelfs "levend":
Het verzamelt en verzendt informatie, en betekenis (leven) ontstaat erin als gevolg van de combinatie van zinloze (niet-levende) elementen …
En dat is niet alles! Een taal kan "groeien" (het aantal woorden en betekenissen neemt toe), "vermenigvuldigen" (dialecten, bijwoorden, jargons, slangs, literaire genres) en "complexe substanties" creëren (menselijk handelen).
En tot slot: veel dichters en filosofen beweren serieus dat niet wij 'met taal spreken', maar die taal 'met ons spreekt'. Dat wil zeggen, we hebben geen taal, maar we hebben een taal.
Dat wil zeggen, taal gebruikt mensen als een instrument en een voedingsbodem. We spreken geluiden voor hem uit en schrijven brieven, en de taal zelf zet gedachten voor deze woorden en letters in ons hoofd …
En wat als de taal geen mensen gebruikt, maar bijvoorbeeld moleculen als 'servicepersoneel'? Hoewel - stop, stop …
Hij gebruikt ze, we hebben er net over gelezen! Juist door het gebruik van stikstofhoudende basen voor de vorming van woorden - DNA, ontstond leven op aarde!.. Het blijkt dat filosofen en dichters gelijk hebben. Taal creëerde mensen.
Van levend naar levenloos en terug
Voor het ontstaan van leven zijn metabolisme en synthese van stoffen noodzakelijk. Wanneer deze processen stoppen, wordt aangenomen dat het leven ook is gestopt. Is deze beëindiging altijd permanent?
Groene kikker.
Laten we een gewone groene kikker nemen. Ze overwinteren vaak op dezelfde plek waar ze wonen, op de bodem van de vijver. Als de winter komt en het reservoir bevriest, bevriezen kikkers er vaak mee. Hun hart klopt niet, er is geen ademhaling en hun metabolisme is praktisch afwezig. Is het leven voorbij?
Nee, het is een tijdje gestopt. Het is de moeite waard om zo'n kikker op te warmen, hij zal bewegen, tot leven komen. De Siberische salamandersalamander bevriest elke winter en kan tot negentig jaar (en misschien meer) in deze staat doorbrengen.
Siberische salamandersalamander.
Wijzelf en de vele wezens om ons heen zijn meercellige organismen. Er wordt aangenomen dat dergelijke organismen individualiteit hebben, het vermogen om te onthouden en ervaring op te doen. Wat gebeurt er als alle verbindingen tussen cellen worden verbroken? Wat gebeurt er met een individu?
Een eenvoudig meercellig wezen, de hydra, was getraind om zichzelf te verdedigen - om zijn tentakels in te trekken als reactie op een lichtflits. De hydra werd vervolgens voorzichtig door gaas gewreven, waarbij het lichaam in afzonderlijke cellen werd gebroken. Hydra- en sponscellen kunnen na zo'n operatie weer bij elkaar komen. Het bleek dat de herenigde hydra zich herinnerde wat hij had geleerd en ook de tentakels naar binnen trok.
Hydra (links) en een planaire worm.
In planaire wormen kunnen cellen na scheiding niet samensmelten, maar de ene planaire kan cellen van de andere absorberen. Het blijkt dat op deze manier ook de ervaring wordt overgedragen. Dat wil zeggen, als je een planariër iets hebt geleerd en het vervolgens een stukje aan een ander hebt gevoerd, kun je wat je op deze manier hebt geleerd overbrengen. (Dit betekent niet dat ook jij, nadat je een wiskundeleraar hebt gegeten, de stelling van Pythagoras zult leren: onze spijsvertering en geheugen zijn anders gerangschikt.)
Is het mogelijk om zelf leven te creëren uit de samenstellende delen? Het blijkt dat je het kunt. Afgelopen zomer creëerde een groep wetenschappers DNA vanuit het niets, verborg het in een schaal, vulde deze schaal met ribosomen en al het nodige - en een nieuwe bacterie die nog nooit eerder had bestaan, begon te leven, te voeden en te delen.
Een andere groep wetenschappers heeft al geleerd de "letters van het alfabet" van DNA - stikstofbasen - te vervangen door volledig nieuwe.
Wetenschappers dromen dat de nieuwe organismen die ze hebben gecreëerd, in totaal andere omstandigheden op andere planeten kunnen leven. Wie weet, misschien worden we de beschaving die leven zaait op andere planeten …
