Velen van ons hoeven niet teveel na te denken om levende wezens te onderscheiden van niet-levende wezens. Een man leeft, een steen niet. Het is zo simpel! Wetenschappers en filosofen geloven echter niet dat zo'n eenvoudig onderscheid kan worden beperkt, excuseer de woordspeling. Ze zijn duizenden jaren bezig geweest om erachter te komen wat ons tot leven maakt. Grote geesten, van Aristoteles tot Carl Sagan, hebben hun uitleg gegeven - en hebben nog steeds geen definitie bedacht die iedereen tevreden zou stellen. In letterlijke zin hebben we nog geen "betekenis" in het leven.
Het probleem van het definiëren van het leven is in de afgelopen 100 jaar of zo zelfs nog moeilijker geworden. Tot de 19e eeuw was een van de gangbare ideeën dat het leven bezield wordt door de 'levensvonk'. Nu heeft dit idee natuurlijk zijn gewicht verloren in de academische wereld. Meer wetenschappelijke benaderingen hebben hun plaats ingenomen. NASA beschrijft het leven bijvoorbeeld als 'een zichzelf in stand houdend chemisch systeem dat in staat is tot darwinistische evolutie'.
Maar de poging van NASA om het leven te verpletteren met één eenvoudige beschrijving, is er slechts één van. Er zijn meer dan 100 definities van leven voorgesteld, waarvan de meeste gericht zijn op een handvol eenvoudige attributen zoals replicatie en metabolisme.
Om het nog erger te maken, hebben wetenschappers uit verschillende disciplines verschillende ideeën over wat er nodig is om iets levend te definiëren. Chemici zeggen dat het leven wordt gereduceerd tot bepaalde moleculen; natuurkundigen bespreken thermodynamica.
Om te begrijpen waarom het leven zo moeilijk te definiëren is, ontmoeten we enkele van de wetenschappers die werken aan het definiëren van de grenzen tussen leven en niet-levende dingen.
Virologen: het bestuderen van het grijze gebied aan de grenzen van het leven dat we kennen
Op scholen wordt kinderen geleerd zeven processen te onthouden die zogenaamd het leven bepalen: beweging, ademhaling, gevoeligheid, groei, voortplanting, uitscheiding en voeding.
Promotie video:
Hoewel dit een handig begin is om het leven te definiëren, houdt het daar niet op. Er zijn veel dingen die we in deze doos zouden kunnen passen en ze levend zouden kunnen noemen. Sommige kristallen, besmettelijke proteïnen - prionen en zelfs bepaalde computerprogramma's zullen "leven" als we uitgaan van deze zeven principes.
Het klassieke grensvoorbeeld zijn virussen. "Het zijn geen cellen, ze hebben geen metabolisme en ze blijven inert totdat ze cellen tegenkomen, dus veel mensen (waaronder veel wetenschappers) concluderen dat virussen niet leven", zegt Patrick Forter, een microbioloog bij het Pasteur Instituut. in Parijs, Frankrijk.
Forter beschouwt virussen zelf als levend, maar geeft toe dat de beslissing afhangt van waar u besluit het afkappunt te plaatsen.
Hoewel virussen veel van de dingen missen die nodig zijn om de club van het leven binnen te komen, hebben ze informatie die is gecodeerd in DNA of RNA. Dit is een sterke marker van het leven dat elk levend wezen op de planeet heeft en dat aangeeft dat virussen kunnen evolueren en zich kunnen vermenigvuldigen - zij het door levende cellen open te breken en binnen te vallen.
Het feit dat virussen - zoals al het leven dat we kennen - DNA of RNA bevatten, heeft sommigen ertoe gebracht te denken dat virussen een plaats zouden moeten innemen in onze levensboom. Anderen hebben over het algemeen verklaard dat virussen de geheimen van het uiterlijk van het leven bewaren. En dan houdt het leven op zwart en wit te lijken en wordt het nogal een vage omvang met niet echt levende en niet helemaal dode grenzen.
Sommige wetenschappers hebben dit idee overgenomen. Ze karakteriseren virussen als bestaand "op de grens tussen chemie en leven". En dit roept een interessante vraag op: wanneer werd chemie meer dan de som der delen?
Chemici: bestudeer het recept van het leven
"Het leven dat we kennen is gebaseerd op op koolstof gebaseerde polymeren", zegt Jeffrey Bada van het Scripps Institute of Oceanography in San Diego, Californië. Uit deze polymeren - namelijk nucleïnezuren (de bouwstenen van DNA), eiwitten en polysacchariden - is letterlijk alle diversiteit van het leven gegroeid.
Bada was een leerling van Stanley Miller, de helft van het duo dat in de jaren vijftig achter het Miller-Urey-experiment zat, een van de eerste experimenten om erachter te komen hoe leven voortkwam uit niet-levende chemicaliën. Sindsdien is hij teruggekeerd naar dit beroemde experiment en heeft hij een nog groter scala aan biologisch geschikte moleculen aangetoond die worden gevormd wanneer elektriciteit wordt geleid door een mengsel van chemicaliën waarvan wordt aangenomen dat ze op de primitieve aarde hebben bestaan.
Maar deze chemicaliën leven niet. Pas als ze een aantal interessante dingen beginnen te doen, zoals elkaar uitscheiden of elkaar vermoorden, gunnen we ze die eer. Wat is er nodig voor stoffen om de sprong naar leven te maken? Bada heeft een behoorlijk interessant antwoord.
“Een onvolmaakte replicatie van informatiemoleculen zou de oorsprong van leven en evolutie kunnen aankondigen en zo deze overgang van niet-levende chemie naar biochemie teweegbrengen. Het begin van replicatie en in het bijzonder replicatie met fouten markeerde het begin van "nakomelingen" met verschillende capaciteiten. Deze moleculaire nakomelingen zouden dan onder elkaar kunnen gaan strijden om te overleven.
"Dit is in wezen darwinistische evolutie op moleculair niveau", zegt Bada.
Voor veel chemici blijkt dat replicatie - een proces dat virussen alleen met biologische cellen kunnen uitvoeren - het leven helpt definiëren. Het feit dat informatieve moleculen - DNA en RNA - voor replicatie zorgen, suggereert dat ze ook een essentieel kenmerk van het leven zijn.
Maar het karakteriseren van het leven voor deze specifieke chemicaliën opent niet het grotere plaatje. Het leven dat we kennen heeft misschien DNA of RNA nodig, maar hoe zit het met leven dat we nog niet kennen?
Astrobiologen: jagen op vreemde aliens
Het bepalen van de aard van het buitenaardse leven is niet eenvoudig. Veel wetenschappers, waaronder Charles Cockell en collega's van het Centrum voor Astrobiologie aan de Universiteit van Edinburgh, gebruiken micro-organismen die in extreme omstandigheden kunnen overleven als testexemplaren van buitenaards leven. Ze geloven dat het leven elders in heel andere omstandigheden zou kunnen verkeren, maar hoogstwaarschijnlijk de belangrijkste kenmerken van het leven zullen erven zoals we dat van de aarde kennen.
"Maar we moeten onze geest open houden voor de mogelijkheid om iets te detecteren dat volledig buiten deze definitie valt", zegt Cockell.
Zelfs als we proberen onze kennis van het aardse leven te gebruiken om buitenaardse wezens te vinden, kan dit tot gemengde resultaten leiden. NASA, bijvoorbeeld, geloofde dat het goed zou zijn om het leven te definiëren in 1976, toen het Viking 1-ruimtevaartuig met succes op Mars landde, uitgerust met drie experimenten voor het leven. Met name één test toonde aan dat er leven op Mars was: het niveau van kooldioxide in de bodem van Mars was hoog, wat betekent dat microben erin leefden en ademden.
Maar de kooldioxide die op Mars wordt waargenomen, wordt nu universeel verklaard door het veel minder opwindende fenomeen van niet-biologische oxidatieve chemische reacties.
Astrobiologen hebben van deze experimenten geleerd en de criteria die ze gebruiken om buitenaardse wezens te vinden, beperkt, maar tot nu toe is hun zoektocht niet succesvol geweest.
Astrobiologen moeten hun zoekcriteria echter niet te veel beperken. Sagan beschouwde de koolstofgerichte zoektocht naar buitenaardse wezens als "koolstofchauvinisme", in de overtuiging dat een dergelijke benadering erg bekrompen zou zijn.
"Mensen gingen ervan uit dat de aliens op silicium gebaseerd konden zijn, of andere oplosmiddelen konden gebruiken (geen water)", zegt Cockell. "Ze hadden het zelfs over buitenaardse intelligente wolkenorganismen."
In 2010 verbaasde de ontdekking van bacteriën met DNA met arseen in plaats van standaardfosfor veel astrobiologen. Hoewel deze bevinding sindsdien meer dan eens in twijfel is getrokken, hopen velen stilletjes dat het leven niet de klassieke regels zal volgen. Tegelijkertijd werken sommige wetenschappers aan levensvormen die helemaal niet op chemie zijn gebaseerd.
Technologen: bouw kunstmatig leven
Ooit was de creatie van kunstmatig leven volledig overgeleverd aan sciencefiction. Nu is het een volwaardige tak van wetenschap.
Voorlopig kunnen nieuwe organismen in het laboratorium biologieën creëren door simpelweg delen van twee of meer bekende levensvormen samen te voegen. Maar dit proces kan ook abstracter zijn.
Sinds het Tierra-computerprogramma van Thomas Ray in de jaren negentig de synthese en evolutie van digitale "levensvormen" probeerde aan te tonen, hebben wetenschappers geprobeerd computerprogramma's te maken die het leven echt nabootsen. Sommigen beginnen zelfs robots te maken met levensechte eigenschappen.
"Het algemene idee is om de essentiële eigenschappen van alle levende systemen te begrijpen, niet alleen levende systemen die op aarde zijn gevonden", zegt Mark Bedo, expert op het gebied van kunstmatig leven van Reed College in Portland, Oregon. "Dit is een poging om een zeer brede kijk te krijgen op wat het leven is, terwijl de biologie zich concentreert op de vormen van het echte leven die we kennen."
Natuurlijk gebruiken veel onderzoekers op het gebied van kunstmatig leven alles wat we weten over het leven op aarde als basis voor hun onderzoek. Bedo zegt dat de onderzoekers een zogenaamd 'PMC-model' gebruiken: programma's (bijv. DNA), metabolisme en een container (bijv. Celwanden). "Het is belangrijk op te merken dat dit geen algemene definitie van leven is, maar slechts een definitie van minimale chemische levensduur", legt hij uit.
Wetenschappers werken aan niet-chemische levensvormen en proberen software- of hardwareversies van PMC-componenten te maken.
"Eigenlijk denk ik niet dat het leven een duidelijke definitie heeft, maar we moeten ergens naar streven", zegt Steen Rasmussen, die zich bezighoudt met kunstmatig leven aan de Universiteit van Zuid-Denemarken in Odense. Groepen over de hele wereld hebben aan afzonderlijke componenten van het PMC-model gewerkt en systemen gemaakt die een of ander aspect ervan demonstreren. Tot nu toe is het niemand gelukt om alles samen te brengen in een functionerende vorm van synthetisch leven.
"Het is een proces van bovenaf, dat stukje bij beetje op een rij wordt gezet", legt hij uit.
Onderzoek naar kunstmatig leven kan ook op grotere schaal nuttig zijn, waardoor leven ontstaat dat ons volkomen vreemd is. Dergelijk onderzoek helpt ons onze kennis van het leven te verfijnen. Maar het is te vroeg om over de resultaten te praten.
Filosofen: proberen het raadsel van het leven op te lossen
Welnu, zelfs als degenen die op zoek zijn naar - en proberen te creëren - nieuw leven zich geen zorgen maken over de universele definitie ervan, moeten wetenschappers zich dan geen zorgen meer maken over het terugbrengen van alle definities tot één? Carol Cleland, een filosoof aan de University of Colorado Boulder, denkt van wel. Tenminste voor even.
'Als je zoogdieren probeert te generaliseren met een zebra, welke eigenschap zou je dan kiezen?' Vraagt ze. 'Absoluut niet haar borsten, want maar de helft heeft ze. Hun strepen lijken een voor de hand liggende keuze, maar ze zijn gewoon toeval. Dit is niet wat zebra's zoogdieren maakt."
Het is hetzelfde met het leven. Het kan zijn dat de dingen die we belangrijk vinden eigenlijk alleen leven op aarde zijn. Alles, van bacteriën tot leeuwen, stamt immers af van één gemeenschappelijke voorouder, wat betekent dat ons leven in het universum slechts één punt in de gegevens is.
Zoals Sagan zei: “De mens heeft de neiging om te definiëren in termen van het bekende. Maar fundamentele waarheden zijn misschien niet bekend."
Tot we alternatieve levensvormen hebben ontdekt en bestudeerd, kunnen we niet weten welke eigenschappen die belangrijk zijn voor ons leven echt universeel zijn. Het maken van kunstmatig leven kan een manier zijn om alternatieve levensvormen te verkennen, maar in ieder geval op korte termijn is het niet moeilijk voor te stellen hoe elk leven dat op een computer wordt gecreëerd, onze overtuigingen over levende systemen zou beïnvloeden.
Om het leven nauwkeuriger te definiëren, moeten we buitenaardse wezens vinden.
De ironie is dat als we proberen het leven te definiëren voordat we ze vinden, het moeilijker kan worden om ze te vinden. Hoe tragisch zal het zijn als in de jaren 2020 een nieuwe rover langs een marsmannetje gaat, simpelweg omdat hij hem niet als een levend wezen herkent.
Het vinden van een definitie van leven kan het vinden van een nieuw leven in de weg staan. We moeten afstand nemen van ons huidige concept en openstaan om het leven te ontdekken, zelfs als we het niet weten of weten.
ILYA KHEL
