Het leven op aarde

Definitie van het leven

Eender wie kan het verschil herkennen tussen een rotsblok en een dier. Toch bestaan beide uit dezelfde atomen. Maar hoe kunnen we het verschil tussen beide definiëren? Complexe filosofie of een wetenschappelijke set van eenduidige regels?

De filosofen in de oudheid namen aan dat levende materie een speciale “essentie“ bevat, die niet voorkomt in alle andere zaken. Tot in de 18de eeuw was leven iets dat 'organische stoffen' kon produceren. In 1786 ontdekte Galvani dat spieren van dode dieren reageerden op elektrische pulsen. Verdere testen konden echter niet bewijzen dat elektriciteit de vitale essentie was. Het probleem werd o.a. geïllustreerd in de roman Frankenstein.

De grens van organische stoffen werd doorbroken toen Friedrich Wohler in 1828 publiceerde dat hij in staat was ureum te synthetiseren zonder gebruik te maken van “een nier, dier, of mens”, uit anorganische grondstoffen. Er is dus geen vitale essentie vereist om organische stoffen te produceren.De microscoop en Pasteur lieten het idee “Generatio Spontanae” verdwijnen. Gregor Mendel publiceerde zijn wetten in 1866, enkele jaren na het ophefmakende boek van Darwin, en toonde dat organismen konden veranderen en zich aanpassen, en die aanpassingen kunnen doorgegeven worden aan volgende generaties. Biologen begonnen de erfelijke informatiedrager te zoeken, vonden draadvormige structuren in elke cel die zich bij splitsing in de lengte verdeelden: chromosomen. In 1953 werd de DNAstructuur ontrafeld door Crick en Watson. De erfelijke code wordt geschreven door vier aminozuren: adenine, guanine, cytosine en thymine.

Is leven iets scheikundig? Is DNA leven?

Een analogie zou kunnen zijn: wat is het verschil tussen geluid en muziek? Beiden zijn akoestische golven maar er is een herkenbaar verschil tussen geluid van een pneumatische hamer en de harmonisch geordende klanken van een symfonie. Is een CD muziek? Op dezelfde manier is DNA een informatiedrager. Een cel lijkt de kleinste bouwsteen van leven te zijn. Een functionele definitie van leven lijkt de eigenschappen van een cel op te sommen.

Een levend organisme:

  • vertoont interne organisatie en kan die organisatie in stand houden
    -> zelforganisatie en homeostase;
  • kan energie gebruiken voor behoud, groei, herstel en voortplanting
    -> metabolisme;
  • kan zich voortplanten
    -> reproductie;
  • kan reageren op en zich aanpassen aan uitwendige gebeurtenissen
    -> reactievermogen en evolutie.

Oorsprong van het leven

Eender welke cultuur op aarde heeft zich de vraag gesteld hoe leven ontstond. Geen enkel antwoord kan harde bewijzen voorleggen. Dit heeft de deur opengelaten voor een caleidoscoop van antwoorden vanuit de mythologie, religie en wetenschap, terug te brengen tot een aantal grote groepen:

Creationisme is een religieus geïnspireerde opvatting dat het heelal en het leven ontstaan is door een bovennatuurlijke scheppingsdaad, vrij plotseling en eenmalig. Dit was de heersende opvatting tot ver in de 19de eeuw.

Abiogenese geeft wetenschappelijke modellen voor het ontstaan van leven uit anorganische materie door natuurlijke processen.
Twee opvattingen zijn mogelijk:

  1. Leven is het gevolg van onwaarschijnlijke opvolging van gebeurtenissen door natuurlijke oorzaken. Dit heeft als gevolg dat leven in het heelal zeldzaam tot uniek op aarde is. Door een zeer groot aantal plaatselijke verschillen en veel tijd vergroten de kansen.

  2. Kosmische evolutie ziet het ontstaan van leven als onvermijdelijk. Door het principe van zelforganisatie is de de chaos na de Big Bang ontwikkeld tot het meer georganiseerd heelal van vandaag heeft gestuurd. Dit houdt in dat leven ontstaat als een eender welk geschikte hoeveelheid materiaal van de juiste samenstelling reageert met een energiebron.

Het fossielverslag voert ons 3,5 miljard jaar terug in de tijd. Isotopenonderzoek suggereert dat het leven nog enkele honderdenmiljoenen jaren eerder ontstond. Er bestaat geen “standaardmodel” voor het ontstaan van leven.

De oersoep-theorie

De oorspronkelijke omstandigheden op aarde waren zeer verschillend van de huidige. Zodra de temperatuur vloeibaar water mogelijk maakte ontstonden er plassen, zeeën en oceanen. Die bevatten opgeloste moleculen zoals: fosfaten, waterstofsulfide en kooldioxide. Daardoor ontstond er ook een atmosfeer zonder zuurstof, met als voornaamste componenten: stikstof, waterstof, kooldioxide en -monoxide, waterdamp en ammoniak.

Lokaal verschillende energiebronnen zoals: vulkanen, bliksem en ultraviolette straling van de Zon deden steeds complexere moleculen ontstaan. Hierop beruste het Miller-Urey experiment uit 1953. Het toonde aan dat in de hiervooropgenoemde omstandigheden aminozuren ontstonden. Door polymerisatie ontstaan steeds complexere eiwitten. Fosfolipiden vormen afgesloten lagen, de basis voor celmembranen. Hierin ontstaan steeds meer gespecialiseerde polypeptiden als ribozymes, RNA en tenslotte DNA als informatiedragers voor metabolisme en replicatie.

Ruimteonderzoek toont aan dat complexe moleculen ontstaan in reducerende atmosferen bijvoorbeeld op de Saturnusmaan Titan onder invloed van UV-straling. De Cassini- en Huygensmissie heeft aangetoond dat in de dikke organische smog uit eenvoudige stoffen als CO, HCN, cyanoacetyleen complexe moleculen worden gevormd zoals tholines en koolwaterstoffen. Ook vandaag nog zien we verschillende mogelijke plaatsen op aarde met speciale omstandigheden rijk aan levensvormen, zoals hydrothermale bronnen in vulkanische gebieden en “black smokers” in de diepzee. Hier zijn anaerobe bacteriën gevonden die volgens DNA-onderzoek de meest primitieve levensvormen op aarde zijn. Deze vormen dan weer de basis van de voedselketen van kokerwormen, mosselachtigen, kreeftachtigen en slakken.

Buitenaardse invasie

Spectroscopie en radiotelescopen hebben het voorkomen in de ruimte aangetoond van zowat alle moleculen noodzakelijk voor het ontstaan van leven. Hierdoor ontstond het idee van panspermie: bouwstoffen voor leven en eventueel leven zelf dat op aarde is neergeregend. In komeetstaarten is het voorkomen van o.a. water, methanol, ammoniak, koolmonoxide en waterstof-cyanide aangetoond. In de donkere teerachtige korst ontstaan onder invloed van UV-straling complexere organische moleculen. In 2001 heeft Jason Dworkin dit nagebootst in een laboratorium. Er vormden zich organische stoffen die bij contact met vloeibaar water zelforganiserende micellen vormden. Dit waren stoffen die konden reageren op licht, mogelijke voorlopers van fotosynthese.

Bij Murchison, Australië, viel op 28 september 1969 een meteoriet, waarvan meer dan 100 kg brokstukken werden teruggevonden. Deze bleken rijk aan aminozuren als glycine, alanine, glutamaatzuur, isovaline en pseudoleucine. Het voorkomen van verschillende optische isomeren van deze stoffen diende als bewijs dat ze niet het resultaat van aardse besmetting waren. Isotopenonderzoek van N15 toonde ook aan dat de stoffen in de ruimte gevormd waren. Nog later werden polyolen (suikeralcoholen), purine en pyrimidine gevonden.

Toen de Apollo-astronauten onderdelen van vroeger gelanceerde onbemande tuigen (Surveyor) terug naar de aarde brachten, bleken nog levende aardse bacteriën aan boord. Ruimtevaartprojecten als het Russische MIR-station hebben aangetoond dat bacteriën lange tijd kunnen overleven in de ruimte. Ook experimenten als NASA's Long Duration Exposure Facility toonden de overlevingsmogelijkheden aan van bacteriën. Hierdoor ontstond de term BFS (Bugs From Space).

De geschiedenis van de aarde en het leven

Lees de onderstaande dia's als een ononderbroken "slang". U begint te lezen van links naar rechts en de volgende paragrafe gaat u van rechts naar links, ...










Is er iets onduidelijk? Heb je een fout gevonden? Mail ons!