In de kosmische hiërarchie staan de aarde en de ster waar ze omheen draait als het ware nog in de kinderschoenen. De aarde is gevormd uit de substantie die na de geboorte van de zon 4,6 miljard jaar geleden is achtergebleven, terwijl de leeftijd van het heelal als geheel wordt beschouwd als 11-16 miljard jaar. Zoals tijdens de vorming van alle planeten, was de beginfase van het bestaan van onze planeet zo turbulent dat het bijna niet voor te stellen is.
En zelfs nadat de bol zijn vorm had aangenomen, werd het oppervlak nog eens 600 miljoen jaar gesmolten, oververhitting werd veroorzaakt door warmte die van binnenuit kwam, uit de kern van de aarde, en door asteroïdenbombardementen van buitenaf, waardoor de temperatuur van de verdampende oceanen tot het kookpunt steeg. Gedurende deze periode, die sommige geologen Hed noemen, regeerde de hel echt op onze planeet.
Nadat het constante bombardement door asteroïden ophield, en de resterende asteroïden zich in bepaalde banen bevonden en de aarde nauwelijks konden beschadigen, vormden koolstof, stikstof, waterstof en zuurstof in verschillende combinaties 'aminozuren en ander basisch bouwmateriaal van levende materie'. Zoals Nobelprijswinnaar Christian de Duve schreef in zijn boek Life-giving Dust, gepubliceerd in 1995, "vormden de producten van deze chemische processen, afgezet door atmosferische neerslag, kometen en meteorieten, geleidelijk de eerste organische stof op het levenloze oppervlak van onze recent gecondenseerde planeet."
Deze koolstofrijke film is beïnvloed door beide processen die plaatsvinden in de aarde zelf en door de vallende lichamen van de ruimte op het oppervlak; het effect van ultraviolette straling was vele malen sterker dan nu, omdat we nu worden beschermd door de atmosfeer van de aarde. Al deze materialen werden uiteindelijk in de zeeën gedeponeerd, en, zoals de vooraanstaande wetenschapper JB Haldane schreef in zijn beroemde artikel uit 1929, "de oceanen waren als een hete, verdunde bouillon".
Het belangrijkste bijproduct van deze processen was iets stroperigs, bruinachtigs, "gomachtig", "plakkerig" of met andere woorden, herinneringen aan de kindertijd wakker maken. Degenen die zich verzetten tegen de conclusie van Charles Darwin dat de mens een familielid is van chimpansees en orang-oetans, stellen de mens in feite voor deze laatste belediging - we kwamen voort uit een soort slijm!
We hebben dus een primaire "bouillon" waarin overal veel van iets plakkerigs wordt gemengd. Hoe kan leven op aarde ontstaan uit deze grondstof? Dit is waar het echte mysterie begint. Algemeen wordt aangenomen dat de doorslaggevende rol werd gespeeld door RNA - ribonucleïnezuur, een naaste verwant van DNA, dat de genetische code van mensen en andere levende wezens bepaalt. En toch zijn er nog steeds talloze geschillen over hoe, wanneer en waar het leven werkelijk is ontstaan. Laten we kort kijken naar enkele van de problemen die deze discussies aanwakkeren.
Biologen en chemici waren lange tijd van mening dat het leven op aarde niet eerder had mogen ontstaan dan een miljard jaar nadat de planeet was afgekoeld en het intense bombardement ervan door asteroïden was gestopt, en dit gebeurde ongeveer 3,8 miljard jaar geleden. Hieruit volgt dat het leven op aarde niet meer dan 2,8 miljard jaar bestaat. Maar geologisch bewijs, en zelfs organische fossielen, suggereren in toenemende mate dat bacteriën al lang daarvoor bestonden.
De Groenlandse Isua-formatie, bestaande uit de oudste rotsen van onze planeet, waarvan de leeftijd wordt bepaald op 3,2 miljard jaar, bevat koolstof - het belangrijkste bouwmateriaal van alle bekende vormen van leven, en in verhoudingen die kenmerkend zijn voor bacteriële fotosynthese. Veel biologen concluderen dat zelfs in zo'n vroege periode bacteriën moeten hebben bestaan, en als dat zo is, dan waren er nog meer primitieve organismen dan bacteriën.
Promotie video:
Relatief recent ontdekte een geoloog van de Universiteit van West-Australië, Bigir Rasmussen, in het Pilbara-craton in het noordwesten van Australië fossiele resten van draadvormige micro-organismen van 3,5 miljard jaar oud, evenals 'mogelijke' fossiele resten die dateren van 3,235 miljard jaar geleden, in uitbarstingen van vulkanische afzettingen in West-Australië. Door dergelijke vondsten ontstaat een serieus probleem: de oorsprong van het leven wordt uitgesteld tot 200 duizend jaar na het einde van de Hed-periode, die volgens veel biologen een vrij korte tijd is om de noodzakelijke chemische processen te laten plaatsvinden.
De recentere vondst van Rasmussen, die in juni 1999 in Nature werd gerapporteerd, werpt een ander dilemma op. Omdat biomoleculen die nodig zijn voor levende materie, zoals eiwitten en nucleïnezuren, erg kwetsbaar zijn en beter overleven bij lagere temperaturen, zijn veel scheikundigen er al lang van overtuigd dat het leven op aarde zou moeten ontstaan bij lage temperaturen, misschien zelfs negatief. … En toch groef Rasmussen zijn microscopisch kleine filamenten op in het materiaal dat zich oorspronkelijk bij de opening van de vulkaan bevond, waar de temperatuur extreem hoog was.
In feite zijn de oudste organismen die vandaag de dag nog steeds bestaan, bacteriën die leven in bewaarde vulkanische openingen of in bronnen met watertemperaturen tot 110 ° C. Het bestaan van deze oude bacteriën in de openingen van vulkanen levert sterk bewijs voor de aanname van hoge temperatuuromstandigheden voor het ontstaan van leven op aarde, ondersteund door andere wetenschappers.
Een van de aanhangers van de opvatting over het ontstaan van leven op aarde in koude omstandigheden is Stanley Miller, die in 1953 onmiddellijk beroemd werd na het uitvoeren van een reeks experimenten aan de Universiteit van Chicago. Hij was toen een afgestudeerde student en studeerde bij Nobelprijswinnende chemicus Harold Urey, die de Nobelprijs won voor het ontdekken van zware waterstof, deuterium genaamd. Volgens Yuri bestond de atmosfeer van de planeet oorspronkelijk uit een mengsel van waterstofmoleculen, methaan, ammoniak, waterdamp en was vooral rijk aan waterstof. (Merk op dat zuurstof alleen aanwezig was in de samenstelling van waterdamp. Pas na het ontstaan van leven in de atmosfeer begon zuurstof te verschijnen als gevolg van het vrijkomen van koolstofdioxide tijdens fotosynthese, wat uiteindelijk leidde tot de ontwikkeling van meer complexe biologische vormen.)
Miller maakte een mengsel van de elementen die Yuri had aangegeven in een verzegeld vat en stelde het enkele dagen bloot aan elektrische ontladingen die bliksem simuleerden. Tot zijn verbazing verscheen er een roze gloed in de glazen pot en analyse van de verkregen resultaten onthulde de aanwezigheid van twee aminozuren (een bestanddeel van alle eiwitten), evenals andere organische stoffen, waarvan werd aangenomen dat ze alleen door levende cellen werden gevormd. Dit experiment, dat zijn leider met tegenzin goedkeurde, maakte Miller niet alleen beroemd, maar leidde ook tot de opkomst van een nieuw wetenschapsgebied - abiotische chemie, waarvan de belangrijkste taak was om biologische substanties te verkrijgen in omstandigheden waarvan wordt aangenomen dat ze op aarde bestonden vóór het ontstaan van het leven.
Het woord "overwegen" is hier cruciaal. Veronderstellingen over de samenstelling van de atmosfeer van de aarde voordat het leven zich op onze planeet ontwikkelde, veranderen voortdurend. En hoewel er na het werk van Miller in 1953 veel experimenten werden uitgevoerd, leidden ze niet tot resultaten die in verband konden worden gebracht met het concept van "leven", ondanks de vorming van verschillende soorten organische moleculen erin. Zoals De Duve opmerkt in Life-giving Dust, worden dergelijke experimenten vaak uitgevoerd “onder meer gekunstelde omstandigheden dan nodig is voor een werkelijk abiotisch proces.
Van al deze experimenten blijft het oorspronkelijke experiment van Miller klassiek. Het was praktisch de enige die uitsluitend was ontworpen om plausibele prebiologische aandoeningen te repliceren zonder de bedoeling een specifiek eindproduct te verkrijgen. Met andere woorden, het is altijd vrij eenvoudig om een experiment zo te organiseren dat het hoogstwaarschijnlijk het gewenste resultaat krijgt, maar de experimentele omstandigheden zullen te geschikt zijn.
In dergelijke experimenten was het tenminste niet mogelijk om leven te reproduceren, zelfs niet in zijn meest elementaire vorm - in de vorm van een afzonderlijke cel zonder kern. Zoals Nicholas Wade schreef in zijn artikel in de New York Times van juni 2000 over Rasmussen 'laatste ontdekking: "De meest intense pogingen van chemici om moleculen te maken in het laboratorium die kenmerkend zijn voor levende materie, hebben alleen aangetoond dat het een duivels moeilijke taak is."
De belangrijkste problemen zijn dus geconcentreerd op twee hoofdlijnen van onderzoek om vast te stellen hoe het leven op aarde is ontstaan. Het moment van ontstaan van leven wordt nog verder in het verleden geduwd, zodat er blijkbaar te weinig tijd overblijft voor de chemische processen die nodig zijn om het ontstaan van leven te laten plaatsvinden. En deze chemische reacties zelf blijven, net als voorheen, net zo mysterieus.
Ondanks kolossale technische vorderingen en een enorme hoeveelheid verzamelde genetische gegevens, blijft het experiment van Stanley Miller uit 1953 vrijwel het enige overtuigende resultaat van dergelijk onderzoek. Niettemin deed de ontdekking zelf twijfels rijzen - veel van de wetenschappers geloven nu dat de balans van de elementen die hij gebruikte, gebaseerd op het werk van zijn leider G. Juri, verkeerd was. Wanneer de verhouding van de componenten verandert, worden de door Miller verkregen aminozuren niet gevormd.
Door nieuwe moeilijkheden is het hele plaatje van de evolutie van het leven onduidelijker geworden. Eens leek het erop dat het duidelijk kon worden getraceerd door fylogenetische (genealogische) bomen die de evolutionaire geschiedenis van een organisme vanaf zijn wortels weerspiegelden. Fylogenetische bomen werden voor het eerst gebouwd in de 19e eeuw in overeenstemming met de theorie van Charles Darwin om de evolutionaire geschiedenis van individuele groepen dieren duidelijk aan te tonen. De eerste vertakte boom werd gebouwd door de Duitse evolutiebioloog Ernst Haeckel (die ook de term "ecologie" voorstelde).
De ontdekking van DNA maakte het mogelijk om dergelijke fylogenetische bomen te creëren, niet alleen voor dieren en planten, maar ook voor hun genetisch materiaal, waardoor het mogelijk werd om de processen die ten grondslag liggen aan het concept van "leven" veel dieper te begrijpen. Om genealogische bomen te verkrijgen, voeren onderzoekers een vergelijkende analyse uit van de sequenties van de moleculaire bouwstenen van nucleïnezuren (nucleotiden) of aminozuren in eiwitten. De resultaten worden vergeleken voor verschillende organismen.
Op basis van de vertakkingsmechanismen van evolutie en mutaties is het met deze techniek mogelijk om de afstanden tussen twee takken van de fylogenetische boom te bepalen, dat wil zeggen om erachter te komen in hoeverre twee soorten zich van hun gemeenschappelijke voorouder en van elkaar verwijderd hebben. (Bovendien heeft deze methode wetenschappers geholpen de ouderdom te vinden van de oude organismen die vandaag de dag nog steeds bestaan in super hete vulkanische openingen.) De taak van het uitvoeren van een vergelijkende analyse van reeksen is misschien het gemakkelijkst te begrijpen als we een analogie trekken met een woordspel waarin een een lang woord met als doel zoveel mogelijk korte woorden te vormen uit de samenstellende letters.
Eind jaren zeventig paste Carl Wose van de Universiteit van Illinois sequentievergelijkende analyse toe op de RNA-moleculen die in alle levende wezens worden aangetroffen, wat resulteerde in een complexere fylogenetische boom dan verwacht. De drie hoofdtakken van de boom kwamen overeen met de drie fundamentele koninkrijken van levende organismen: prokaryoten, archaea en eukaryoten. Prokaryoten zijn micro-organismen zoals bacteriën.
De voorgestelde nieuwe onderverdeling van Wose - de archaea - omvat een tweede groep bacteriën die op zeer hete plaatsen op aarde worden aangetroffen, zoals hete bronnen. Eukaryoten zijn organismen die bestaan uit grote cellen die een gevormde kern hebben; dit omvat alle meercellige organismen - planten en dieren, inclusief mensen.
Maar sinds het begin van de jaren tachtig, toen er meer genomen zijn gedecodeerd in alle drie de koninkrijken, is het beeld onzekerder geworden. Bomen op basis van andere genen dan het oorspronkelijke eiwitmodel van Wase bleken totaal anders te zijn. Bovendien worden genen op verrassende, zelfs onverwachte manieren herschikt. Deze variaties maken het buitengewoon moeilijk om dergelijke genen terug te traceren naar gemeenschappelijke voorouders en, nog onaangenamer, suggereren dat het primaire gen - de grondlegger van het leven - zelf een nogal complexe structuur had, complexer dan het 'oorspronkelijke' gen zou moeten hebben.
De enige aannemelijke oplossing voor dit probleem is te veronderstellen dat in plaats van de hele tijd naar boven te groeien om verticale takken te vormen in de vroege stadia van de evolutie van het leven, de boom zijtakken afgeeft en sommige genen horizontaal werden overgedragen. Dit idee wordt versterkt door het feit dat bacteriën zelfs vandaag de dag bepaalde genen horizontaal kunnen overdragen, waaronder helaas de genen die bacteriën resistent maken tegen antibiotica. Deze conclusie betekent dat de levensboom, in plaats van een mooie rechte stam te hebben, verandert in iets dat lijkt op een schilderij van Jackson Pollock. Dit is op zijn zachtst gezegd ontmoedigend.
Maar Karl Wose schaamde zich niet. Hij veronderstelde dat een eencellig organisme, dat lange tijd als de oorspronkelijke vorm van leven werd beschouwd, een soort kolonie kan zijn geweest, bestaande uit verschillende soorten cellen, die in staat zijn om vrij gemakkelijk horizontale genetische informatie uit te wisselen. Sommige wetenschappers zijn in de war door deze waargenomen lichtheid. Het betekent dat het mechanisme van replicatie (reproductie) van genen, dat wordt waargenomen in DNA en een vrij nauwkeurig mechanisme is, pas op een later tijdstip in cellen wordt ontwikkeld. De kolonie moest uiteindelijk naar een hoger ontwikkelingsstadium stijgen, toen elk organisme zijn eigen vorm aannam. Maar wanneer is dit gebeurd?
Dus hoe is het leven op aarde ontstaan?
Tegenwoordig schrijven experts totaal verschillende datums toe aan het moment waarop slanke DNA-bomen verticale takken begonnen te vormen - in het bereik van slechts een miljard jaar geleden en bijna tot de eerder aangenomen 4 miljard jaar. Net als in de situatie met de theorie van de oerknal in de oorsprong van het heelal, zijn, dankzij nieuwe ontdekkingen en meetmethoden naarmate onze kennis zich uitbreidt, theorieën over de oorsprong van het leven op aarde niet vereenvoudigd, maar ingewikkelder. Om deze reden hebben andere verklaringen voor het ontstaan van het leven, die lang als fantastisch werden afgedaan, enkele aanhangers behouden.
Zou het leven vanuit de omringende ruimte naar de aarde kunnen zijn gebracht? Natuurlijk bevatten asteroïden, meteorieten en kometen elementen die de bouwstenen van levende materie vormen, en algemeen wordt aangenomen dat het leven op aarde is ontstaan uit een combinatie van dergelijke materialen die al op aarde bestonden en uit de ruimte werden gehaald. Maar bouwmateriaal is één ding, en het leven zelf is iets heel anders. Sommige vooraanstaande wetenschappers zijn van mening dat het primaire leven naar onze planeet werd gebracht vanuit de reeds volledig gevormde ruimte, dat wil zeggen niet alleen de samenstellende delen, maar de organismen zelf. In 1821 suggereerde Sals-Guyonde Montlivol dat de maan de bron van leven op onze planeet was.
Dit idee werd nieuw leven ingeblazen met betrekking tot Mars in 1890 toen de Amerikaanse astronoom Percival Lovell (die het bestaan van de planeet Pluto voorspelde en zijn baan berekende) zei dat de kanalen die zichtbaar zijn op het oppervlak van de rode planeet alleen gebouwd konden worden door intelligente wezens. William Thomson (Lord Kelvin), die aan het einde van de 19e eeuw de perfecte temperatuurschaal ontwikkelde, suggereerde dat het leven door meteorieten naar onze planeet werd gebracht.
Niemand was meer geobsedeerd door zulke ideeën als de Zweedse chemicus Svante Arrhenius, die de Nobelprijs van 1903 won voor zijn grondleggende werk in de elektrochemie. Volgens zijn theorie van panspermie kunnen bacteriesporen die verspreid zijn over de koude wereldruimte lange afstanden afleggen in een staat van onderbroken animatie en zijn ze klaar om wakker te worden als ze onderweg een gastvrije planeet tegenkomen. Hij was niet bekend met het probleem van dodelijke kosmische straling.
Fred Hoyle promootte een versie van de panspermia-hypothese in verband met zijn theorie van een stationair universum, die wordt beschreven in Ch. 1. Hoyle ging zelfs zo ver om te beweren dat epidemieën zoals de Spaanse grieppandemie van 1918 werden veroorzaakt door ziektekiemen uit de ruimte, en dat de menselijke neus was ontwikkeld om te voorkomen dat ziekteverwekkende stoffen vanuit de ruimte het lichaam binnendringen.
Francis Crick (die in 1962 de Nobelprijs voor Geneeskunde ontving met James Watson en Maurice Wilkins voor de ontdekking van de dubbele DNA-helix) en de grondlegger van de prebiologische chemie, Leslie Orgel, gingen nog verder en ondersteunden het idee dat het leven op aarde werd 'gezaaid' door vertegenwoordigers van de hoogontwikkelde buitenaardse beschaving. Ze noemden deze hypothese 'gerichte panspermie'.
UFO-toegewijden zijn natuurlijk blij dat de Nobelprijswinnaar Scream onder hun aanhangers staat, en sciencefictionschrijvers staan altijd klaar om op dit soort ideeën te springen. Lovell's Martian Canals inspireerden HG Wells tot op zekere hoogte in de beroemde War of the Worlds, gepubliceerd in 1898. Hoewel veel gerespecteerde wetenschappers openlijk protesteren tegen het idee van panspermie, direct of indirect, zijn sommigen voorzichtiger.
Christian de Duve schreef: "Met zulke beroemde aanhangers kan de panspermia-hypothese nauwelijks worden verworpen zonder gedetailleerde analyse", ondanks het feit dat dergelijke theorieën naar zijn mening geen overtuigend bewijs hebben. Deze conclusie werd getrokken in 1995, maar het jaar daarop ging de hele wereld rond de krantenkoppen met een verklaring van NASA.
Het NASA-rapport had betrekking op een van de rotsen die in 1984 op Antarctica werden ontdekt. De monsters waren fragmenten van een meteoriet genaamd SNCs (uitgesproken als "snix") - een afkorting voor de namen van de plaatsen waar de eerste drie van dergelijke fragmenten werden gevonden, Shergotty - Nakhla - Chassigny. Op een persconferentie die aan dit evenement was gewijd, lag een monster van de rots op een blauw fluwelen kussen, en het hoofd van NASA Dan Goldin sprak de aanwezigen toe met de woorden: 'Niet vandaag of morgen zullen we weten of er alleen leven op aarde bestaat', wat een geweldige manier bleek te zijn. trekken de aandacht van journalisten.
Toen spraken NASA-wetenschappers over wat er zeker bekend was over deze rotsen. Studies hebben aangetoond dat ze zich ongeveer 4,5 miljard jaar geleden op Mars hebben gevormd. Een half miljard jaar lang bevond de rots zich onder het oppervlak van Mars, maar nadat er scheuren op het oppervlak van Mars verschenen als gevolg van meteorische inslagen, werd het blootgesteld aan water. Nieuwe gebeurtenissen vonden plaats met deze rots ongeveer 16 miljoen jaar geleden, toen een ruimtevoorwerp, misschien een asteroïde, op Mars viel, waardoor een fragment van de Martiaanse korst in de omringende ruimte werd geworpen.
Na miljoenen jaren in de ruimte te hebben gereisd, viel dit fragment slechts 16.000 jaar geleden op Antarctica. In 1957 bracht sciencefictionschrijver James Blish de roman Cold Year uit, die zich concentreerde op de rots die in het noordpoolgebied werd gevonden en het overblijfsel bleek te zijn van een planeet die door de marsmannetjes werd vernietigd tijdens de oorlog van twee werelden, waardoor de held uitriep: 'De geschiedenis van het universum in een kubus ijs! De gebeurtenissen op de NASA-conferentie waren minder dramatisch, hoewel kranten hun best deden om het verhaal te hype.
Het gesteente, ontdekt door NASA, bevatte carbonaten die vergelijkbaar zijn met die welke zich op onze planeet vormen met de deelname van bacteriën. Ook werden fijnkorrelige ijzersulfiden en andere mineralen gevonden die lijken op de afvalproducten van bacteriën. Bovendien werden met behulp van een scanning-elektronenmicroscoop kleine structuren geïdentificeerd die fossiele overblijfselen van Mars-bacteriën zouden kunnen zijn - ze waren zo diep ondergedompeld dat ze zich niet op aarde konden vormen.
Omdat ze niet in verlegenheid wilden worden gebracht, hadden NASA-functionarissen een wetenschapper bij de hand die zei dat deze structuren te klein waren om bacteriën te zijn, en dat carbonaten zich leken te hebben gevormd bij zeer hoge temperaturen die onverenigbaar zijn met het leven. Zijn sceptische opmerkingen konden echter op geen enkele manier voorkomen dat er gigantische schreeuwende krantenkoppen verschenen: "Life on Mars!"
De daaropvolgende bespreking van deze kwestie door wetenschappers vond plaats op basis van wetenschappelijke terminologie die elke journalist kan afschrikken. Het probleem zou kunnen worden opgelost als een van die kleine versteende luifels zou kunnen worden geopend. Als we een celwand vinden, of beter nog, een fragment van een cel, zouden we een antwoord krijgen.
Helaas is er geen ontwikkelde methodologie voor dergelijk onderzoek. Als het antwoord nog steeds wordt ontvangen, zelfs als het positief is, zullen veel wetenschappers waarschijnlijk zeggen dat dit alleen maar bewijst dat leven op Mars, net als op aarde, bestond in de vorm van bacteriën. Dit zal geen bewijs zijn dat het leven op Mars is ontstaan en naar onze planeet is gebracht (of vice versa), en het zal de theorie van panspermie niet bevestigen. Maar nu kan niet langer worden beweerd dat er helemaal geen reden is om van dergelijke mogelijkheden te uitgaan.
J. Malone
