Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Onbekende organismen leren ons wat leven is

Overal op aarde is leven, maar hoewel we het al eeuwen proberen, is het nog niet gelukt een eensluidende definitie te vinden die leven van al het andere onderscheidt. We weten dus ook niet naar welke sporen we moeten zoeken op andere planeten. Misschien moeten onderzoekers zelf leven maken in het laboratorium om helder te krijgen wat er nu precies leeft en wat er niet leeft.

Shutterstock & claus lunau

De opstelling bestond uit een stel kogelronde glazen kolven verbonden met buizen en leek eigenlijk nergens naar toen de slechts 22-jarige scheikundige Stanley Miller aan de slag ging in het laboratorium aan de universiteit van Chicago.

De ene kolf had hij gevuld met de gassen methaan, ammoniak en waterstof, en in de andere zat alleen water.

Het werd al iets spectaculairder toen hij de bunsenbrander onder de waterkolf aanstak. De stoom van het kokende water trok via een buis naar de kolf met de gassen, waarin Miller met twee onder stroom gezette elektroden bliksemschichtjes maakte. En nu was het wachten op de resultaten.

Al na een dag zag Miller dat er een roze vloeistof was gevormd in de buis die van de kolf met gassen terug naar de waterkolf liep.

Tijdens een beroemd experiment maakte de natuurkundige Stanley Miller biomoleculen van simpele chemische verbindingen, waarmee hij het ontstaan van het leven nabootste.

© GettyImages

Omdat het een gesloten systeem was, moest het wel te danken zijn aan stoffen die in het proces waren ontstaan.

Miller liet het experiment nog een week draaien en bij de daaropvolgende analyses zag hij waar hij bijna niet op had durven hopen: een aantal biomoleculen, zoals aminozuren – belangrijke bouwstenen van al het leven dat we kennen.

Dit beroemde experiment uit 1952 bewees dat heel simpele scheikundige verbindingen in complexe biomoleculen kunnen veranderen in de atmosfeer die de aarde miljarden jaren terug had.

Stanley Miller had daarmee de eerste stap naar het ontstaan van leven nagebootst.

Maar dan ook alleen de eerste. Al hebben wetenschappers na Miller veel geavanceerdere experimenten uitgevoerd, het blijkt bijzonder moeilijk te zijn om er verder mee te komen en de volgende, beslissende stap te zetten.

Het ontstaan van het leven is een van de grootste raadsels van de wetenschap. Lossen we dit op, dan krijgen we misschien ook antwoord op andere universele vraagstukken: hoe uniek het leven op aarde is en of het puur toeval is dat wij er zijn, of dat we het resultaat zijn van een soort wetmatigheid in de natuur.

Ook kunnen we dan wellicht een al eeuwen oude discussie afronden over de vraag wat leven ten diepste is, waardoor het makkelijker wordt om het te herkennen als we het elders tegenkomen.

Filosofen geven het leven zin en richting

Biologen die een definitie van leven proberen te geven, stuiten op dezelfde problemen als de grootste denkers uit de geschiedenis.

De Griekse wijsgeer en wetenschapper Aristoteles bracht de discussie over de aard van het leven op gang toen hij een verschil signaleerde tussen het ‘mineralenrijk’ en het ‘dieren- en plantenrijk’.

Voor Aristoteles leefde iets pas als het een ‘ziel’ had.

Hij gebruikte het woord niet precies in onze betekenis, maar definieerde het als het vermogen om jezelf voort te planten, je te voeden, de omgeving in je op te nemen en te denken.

De twee eerste vond hij fundamenteel, want die golden voor alle dieren en planten.

Aristoteles had een zogeheten teleologisch beeld van de natuur, wat betekent dat alle processen in de natuur een onderliggend doel of zelfs een eindbestemming hebben, vooral de processen in al wat leeft.

Een paar duizend jaar later probeerde de Franse wijsgeer en wiskundige René Descartes die teleologische denktrant te doorbreken.

De Franse filosoof René Descartes zag levende organismen als complexe machines en wees het idee dat de natuur een doel heeft van de hand.

© Shutterstock

In de 17e eeuw, toen machines als kunstzinnige mechanische klokken en kerkorgels terrein wonnen, beschouwde hij levende wezens net zo: de processen daarin hadden niet een vooraf bepaald doel, en in zijn ogen waren het gewoon geavanceerde machines.

Alles viel te beschrijven op basis van de natuurkunde, die in Descartes’ tijd in opkomst was, en die later in de 17e eeuw volledig tot uitdrukking kwam toen Newton zijn natuurwetten formuleerde.

Het teleologische idee was echter moeilijk de kop in te drukken. Al in de 18e eeuw dook het weer op, deze keer bij de grote Duitse filosoof Immanuel Kant.

Hij vond het leven zo vernuftig dat het niet te verklaren zou zijn met eenvoudige natuurkunde, en hij zei zelfs: ‘Er komt nooit een biologische Newton.’

Volgens Kant waren alle processen in de klassieke natuurkunde weliswaar met oorzaak en gevolg te beschrijven, maar het leven zelf niet.

‘Een levend organisme is in zichzelf zowel oorzaak als gevolg,’ aldus Kant, dus een kip-en-eiconstructie, waarbij we oorzaak en gevolg niet van elkaar kunnen onderscheiden omdat ze elkaars voorwaarde zijn.

In de tientallen jaren daarna was het teleologische wereldbeeld in conflict met het idee dat de moderne natuurkunde de sleutel is om alles te begrijpen, inclusief de processen van het leven.

Darwin formuleert wetten van leven

Eén boek was in 1859 genoeg om de discussie over de aard van het leven volkomen op z’n kop te zetten.

On the Origin of Species van de Britse geoloog en natuurvorser Charles Darwin was geschreven in een taal die iedereen begreep, waardoor het gedachtegoed zich snel kon verspreiden.

Niet alleen wetenschappers maar ook leken, filosofen en de geestelijke stand spraken erover. Met de evolutieleer van Darwin moest het teleologische wereldbeeld wijken.

Darwins verklaring van de ontwikkeling van het leven was prima verenigbaar met de moderne natuurkunde.

Dat levensprocessen in alle organismen zo doelgericht lijken, komt simpelweg doordat de organismen met ondoelmatige processen allang zijn uitgestorven.

Darwin gaf de biologen wat de natuurkundigen al een paar eeuwen hadden.

Met de evolutietheorie kregen ze een eigen set regels die verklaarde waarom planten, dieren en organismen functioneren en eruitzien zoals ze doen.

Het leven experimenteert voortdurend met nieuwe varianten in de vorm van mutaties, en dankzij de natuurlijke selectie blijven de meest doelmatige over.

Dat alle levensvormen perfect zijn afgestemd op hun levensomstandigheden is echter niet het resultaat van een doelmatige ontwikkeling.

De evolutie schiet met hagel – en wij zien alleen de rake schoten.

Volgens Darwin experimenteert het leven voortdurend met nieuwe varianten en overleven alleen de best aangepaste. Zo hadden de vinken die Darwin op de Galapagoseilanden aantrof, een gespecialiseerde snavel ontwikkeld.

© GettyImages

Immanuel Kant had dus geen gelijk. En Darwin was precies zijn ‘biologische Newton’ – in elk geval als het gaat om de wetmatigheid van het leven.

Toch was niet iedereen daar tevreden mee, en de discussie ging door tot in de 20e eeuw. De beroemde Oostenrijkse natuurkundige Erwin Schrödinger was verrassend genoeg een van de sceptici en trok in twijfel of de natuurkunde de levensprocessen wel kan verklaren.

Schrödinger richtte zich op het speciale vermogen van levende organismen om een complexe inwendige organisatie aan te houden en zelfs uit te breiden.

In alle andere gesloten systemen geldt de tweede wet van de thermodynamica: de entropie neemt alsmaar toe. Orde wordt op den duur afgelost door chaos – als je een scheut koude, witte koffiemelk in een kop hete zwarte koffie schenkt, krijg je een lauw, lichtbruin mengsel.

En zo ging het duidelijk niet in levende organismen. Voor Schrödinger was deze eigenschap zo belangrijk dat het de kern moest zijn van een definitie van leven, ter onderscheiding van dat wat niet leeft.

Schrödinger kwam echter niet tot een goede definitie van leven.

Maar hij zou gezegd kunnen hebben dat het systemen betreft die niet voldoen aan de tweede wet van de thermodynamica, of die niet te verklaren zijn met de klassieke natuurkunde.

Maar dat zegt meer over wat het leven niet is dan wat het wel is.

Meer over Schrödingers kat:

Het bekendste gedachte-experiment van Erwin Schrödinger, Schrödingers kat, licht de zogeheten kwantummechanische superpositie toe: de wereld kan als deeltjes of als golven worden beschouwd.

Levensvormen zijn opvallend gelijk

We kunnen het leven beschrijven, maar dat is iets anders dan definiëren wat het is.

Wanneer biologen het leven karakteriseren, benadrukken ze een handvol specifieke kenmerken die gemeenschappelijk zijn voor het leven op aarde.

De belangrijkste: het vermogen van levende organismen om energie via hun metabolisme om te zetten en zichzelf voort te planten.

Ook moet iets levends zich onderscheiden van de omgeving, bijvoorbeeld met een celmembraan, zodat het als individu kan worden beschouwd. Dit is al een eerste schifting van leven en niet-leven.

Bacteriën voldoen bijvoorbeeld aan de drie criteria, maar virussen niet, want die kunnen zichzelf niet reproduceren – dat kan alleen door andere organismen worden gedaan.

Dit geldt ook voor prionen: speciale eiwitten die ziekten veroorzaken als scrapie en gekkekoeienziekte bij vee en de ziekte van Creutzfeldt-Jakob bij mensen.

Prionen kunnen zichzelf ‘vermenigvuldigen’ door andere eiwitten ertoe aan te zetten zich net zo te vouwen als zijzelf, waarmee ze zich in een organisme kunnen verspreiden, maar ze hebben geen metabolisme en leven dus niet.

Kristallen kunnen ook groeien, waarbij atomen aanhaken op de structuur, maar dat alleen maakt de mineralen nog niet levend.

Grens van leven loopt tussen virus en bacterie

Levende organismen moeten voldoen aan drie eisen: ze hebben een stofwisseling, planten zich voort en zijn afgescheiden van hun omgeving, zoals door een celmembraan, waardoor er individuen zijn.

  • © Shutterstock

    Geen leven: Kristallen groeien

    Kristallen groeien doordat nieuwe atomen aanhaken op de structuur, maar ze hebben geen stofwisseling.

  • © Shutterstock

    Geen leven: Prionen kunnen zich verspreiden

    Zogeheten prionen verspreiden zich door eiwitten om zich heen een andere structuur te geven. Maar ze hebben geen stofwisseling.

  • © shutterstock

    Geen leven: Virussen nemen toe

    Virussen bevatten erfelijk materiaal dat reproduceerbaar is, maar alleen via een ander organisme.

  • © Shutterstock

    Leven: Bacteriën hebben alles

    Bacteriën hebben een stofwisseling en een celmembraan en planten zich voort.

  • © Shutterstock

    Leven: Planten, schimmels en dieren zijn koloniën

    Bijna alle planten, schimmels en dieren zijn meercellige organismen. Elk voor zich voldoen hun cellen aan de drie criteria voor leven, al werkt het organisme alleen als ze samenwerken als een collectief.

Aan de ‘levenkant’ van de grens vinden we van alles, van eencellige organismen en schimmels tot planten en dieren (waaronder mensen).

Het veelzijdige leven heeft zich aangepast aan vrijwel alle milieus op aarde.

Maar als biochemici en moleculair biologen inzoomen op de fundamentele processen in de cellen, is het leven lang zo veelzijdig niet.

Alle levende organismen hebben DNA-strengen die zijn opgebouwd uit dezelfde stoffen en die dezelfde vier basen bevatten.

De DNA-strengen bevatten de genetische code van de eiwitten die nodig zijn om het organisme in leven te houden.

Alle levensvormen bouwen hun eiwitten op uit dezelfde 20 aminozuren, al hebben ze er ruim 100 om uit te kiezen

Ter vergelijking: Stanley Miller maakte 11 verschillende aminozuren tijdens zijn eenvoudige experiment in 1952, en toen hij het later herhaalde met minder ingrediënten in de glazen kolf, kwam hij zelfs op 23.

Vanwege de biochemische overeenkomsten in al het leven zijn de biologen ervan overtuigd dat het dezelfde oorsprong heeft.

Dus alle takken van de grote stamboom van het leven ontmoeten elkaar op een punt als we maar ver genoeg teruggaan in de geschiedenis.

Door de verschillen te analyseren die in het genetische materiaal van de organismen zijn ontstaan, ontdekten biologen dat onze gemeenschappelijke voorouder een eencellig organisme van zo’n 4 miljard jaar oud is.

Het is LUCA genoemd, wat voor ‘last universal common ancestor’ staat – de laatste universele gemeenschappelijke voorouder.

Al LUCA’s afstammelingen gebruiken dezelfde zelfbouwende machine, waarbij DNA, RNA en eiwitten samenwerken in een proces waarin ze allemaal nodig zijn.

De biologen discussiëren dan ook voortdurend over wat er het eerst was. Wederom een ‘kip-en-eiprobleem’, net als bij Immanuel Kant meer dan 200 jaar geleden.

Dat alle levensvormen die we kennen familie van elkaar zijn, blijkt ook als de wetenschappers nog weer verder inzoomen op de bouwstenen van het leven.

Vijf grondstoffen vormen de kapstok van alle bekende levensvormen: zuurstof, waterstof, stikstof, fosfor en koolstof. Daarbij komen andere stoffen die variëren per organisme, maar de vijf zijn dus cruciaal voor al het leven.

De basisingrediënten van het leven kennen we dus, maar om de formule en zo ook de definitie van het leven te vinden is nog een hele stap.

De Amerikaanse astrobioloog Carl Sagan ging het probleem systematisch te lijf in een beroemd essay uit 1970. Hij trekt een groot aantal definities van leven na en vindt ze allemaal tekortschieten.

Sagan verdeelt de definities in vijf groepen: de fysiologische, de metabolische, de biochemische, de genetische en de thermodynamische. Maar voor alle definities geldt dat ze te breed of te smal zijn – en soms zelfs allebei.

Leven draagt bij aan universele chaos

Leven moet zichzelf kunnen voortplanten, maar betekent dat dan dat het muildier, dat steriel is, niet leeft?

Met dit provocerende voorbeeld trekt Carl Sagan het tapijt weg onder de genetische definities van leven.

Hetzelfde doet hij met de fysiologische en metabolische definities, die gericht zijn op beweging en het omzetten van energie.

Die vindt Sagan zo breed dat ook machines, zoals auto’s, eronder kunnen vallen, maar tegelijkertijd zo smal dat ze plantenzaadjes en schimmelsporen, die honderden jaren stil kunnen liggen en overleven zonder energie om te zetten, niet meetellen.

Al met al concludeert Sagan dat het fundamenteel onjuist is om te proberen tot een definitie van leven te komen op basis van één voorbeeld. En we hebben immers alleen het leven op onze planeet.

‘Omdat er maar één soort leven op aarde is,’ zei hij, ‘ontbreekt het ons gewoon aan een groter perspectief.’

In zijn essay weerlegt Carl Sagan overigens het idee van Schrödinger dat het leven een systeem is dat breekt met de tweede wet van de thermodynamica.

Sagan wijst erop dat organismen slechts op kleine schaal orde lijken te handhaven en uit te breiden. Wanneer een organisme zich vanbinnen ordent, gebeurt dit ten koste van de orde eromheen.

Een alge die bijvoorbeeld CO2 absorbeert, bouwt met de koolstof complexere moleculen op, maar dit kan alleen met behulp van fotosynthese, die zonlicht als energie gebruikt.

De zonnestraling ontstaat door de fusieprocessen in de kern, en die leiden tot meer chaos.

Dit betekent dat de orde die het leven lokaal op aarde creëert, wordt gecompenseerd door de grotere chaos die zich in de zon verspreidt, dus op grote schaal beweegt het totale systeem naar steeds meer wanorde, precies zoals de tweede wet van de thermodynamica zegt.

  • © NASA

    "Omdat er maar één soort leven op aarde is, ontbreekt het ons gewoon aan een groter perspectief."

    Astrobioloog Carl Sagan (1934-1996) over de onmogelijkheid om een universele definitie van leven te geven, aangezien we er maar één voorbeeld van kennen.

Carl Sagans kijk op het leven als een groter coherent systeem is in lijn met de gedachten van een collega van hem bij NASA, de Britse wetenschapper James Lovelock, die in de jaren 1960 en 1970 zijn zogeheten Gaiatheorie over de aarde en haar leven ontwikkelde.

De biosfeer is één groot organisme

Op 30 december 1968 deelde NASA de beroemdste foto van de ruimte uit de geschiedenis.

Die was een paar dagen eerder genomen door de astronauten op de Apollo 8.

Vlak voordat ze in hun ruimteschip voor de vierde keer achter de maan langs trokken, keken ze terug en zagen ze de aarde boven de horizon van het kraterlandschap van de maan.

De wereld stond ervan versteld – de foto van de kleine, blauwe oase tegen de donkere oneindige ruimte werd een iconisch symbool dat de boodschap van milieu- en vredesbewegingen uitdroeg: om beter te zorgen voor onze kwetsbare plek in het heelal.

Hier zie je het verhaal over de Apollo 8 en de foto ‘Earthrise’:

Het beeld ademde zowel de tijdgeest van ‘peace, love and harmony’ als het wereldbeeld van de Gaiatheorie, genoemd naar het Griekse woord voor ‘Moeder Aarde’.

Daarin is het leven niet zomaar een verzameling van soorten, maar één wereldwijd organisme, ook wel de biosfeer genoemd, dat uit aarde, water, atmosfeer en leven bestaat.

De biosfeer is zelfregulerend en zoekt constant het optimale evenwicht voor het leven. Kijk maar naar het zuurstofgehalte van de atmosfeer.

Het leven zelf brengt zuurstof in de atmosfeer voort via de fotosynthese van planten, die weer wordt verbruikt wanneer andere organismen ademen en er organisch materiaal wordt afgebroken.

Het evenwicht tussen de aanmaak en het verbruik van zuurstof is zo fijntjes afgesteld dat het zuurstofgehalte van de atmosfeer in de afgelopen 400 miljoen jaar binnen de 20 procent bleef, wat perfect is voor alle organismen die afhankelijk zijn van zuurstof, met inbegrip van onszelf.

‘Het leven doet meer dan zich aanpassen aan de aarde. Het verandert de aarde in zijn eigen voordeel,’ heeft Lovelock daarover gezegd.

De Gaiatheorie doet denken aan het teleologische wereldbeeld van levende organismen van Aristoteles, maar dan op grotere schaal.

Er zou een overkoepelend doel zijn van de levensprocessen, en het organisme gedraagt zich zodanig dat het in de toekomst alle kansen krijgt.

  • © S. DeChillo/NYT/Ritzau Scanpix

    "Het leven doet meer dan zich aanpassen aan de aarde. Het verandert de aarde in zijn eigen voordeel".

    Wetenschapper James Lovelock over zijn Gaiatheorie, die het leven op aarde beschouwt als één groot organisme met een ingebouwd zelfbehoud.

De Gaiatheorie baarde veel opzien toen Lovelock haar in de jaren 1960 presenteerde, maar heeft niet veel aanhangers meer.

Een probleem is dat ze niet verklaart hoe al die organismen die samen het leven vormen, in staat zijn om zich ‘doelmatig’ te gedragen, zoals in de theorie wordt beweerd.

En verschillende onderzoekers vinden het leven allesbehalve doelmatig – volgens hen heeft het juist de neiging zichzelf te vernietigen.

Leven maakt zichzelf het leven zuur

Het leven op aarde was rond de 2,5 miljard jaar geleden het uitsterven nabij.

In een wereld waarin CO2 in de atmosfeer dominant was, gingen cyanobacteriën ineens via hun fotosynthese zuurstof aanmaken.

De nieuwe organismen zetten CO2 in zuurstof om in zo’n tempo dat andere organismen zich niet konden aanpassen. Voor hen was zuurstof puur vergif, waardoor bijna al het leven uitstierf.

Zelfs voor de cyanobacteriën was deze ontwikkeling verre van doelmatig. Uiteindelijk hadden ze zo veel CO2 uit de atmosfeer opgenomen dat het natuurlijke broeikaseffect een duikvlucht maakte en de aarde in een ijstijd belandde, wat een zware wissel op het leven trok.

De Amerikaanse paleontoloog Peter Ward wil met dit argument laten zien dat het leven op aarde zijn eigen vijand is – en veel gevaarlijker is dan meteorietinslagen, vulkaanuitbarstingen en soortgelijke verschijnselen.

In 2009 stelde hij in zijn Medeatheorie, de tegenhanger van de Gaiatheorie, dat het leven totaal niet zelfregulerend is, maar juist zelfdestructief.

Ward noemde de theorie daarom naar Medea, het moederpersonage in de bekende Griekse tragedie dat uiteindelijk haar eigen kinderen om het leven brengt.

Als paleontoloog heeft Ward zich gespecialiseerd in de grote massa-extincties op aarde, en zijn pointe is dat diverse zijn veroorzaakt door het leven zelf.

Volgens Ward was het een toevalstreffer dat het leven zichzelf 2,5 miljard jaar geleden niet uitroeide.

Als het leven al een soort bestemming heeft, beweert hij, is het niet zichzelf te redden maar het tegenovergestelde.

‘Het leven probeert zichzelf de das om te doen. Niet bewust, maar zo gaat het gewoon,’ merkt hij op.

Twee theorieën over de diepste aard van leven

Volgens sommige theorieën is het leven op aarde één groot organisme – maar de vraag is of het dan een ingebouwd gevoel voor zelfbehoud kent of zich juist zelfdestructief gedraagt.

Ward meent dat het leven verschillende malen zijn eigen omstandigheden zodanig verstoord heeft dat de wereld er heel anders uit kwam te zien dan nu.

Bij tijd en wijle was het hier zo onherbergzaam dat we de aarde niet eens een ‘aardeachtige planeet’ zouden noemen.

Dat maakt het er voor astronomen niet makkelijker op om andere planeten met leven te herkennen in dit of een ander zonnestelsel, want het is niet genoeg om naar hemellichamen te zoeken die op de huidige aarde lijken.

Nog veel lastiger wordt het als eventuele levensvormen wezenlijk verschillen van het leven hier op aarde.

In hun zoektocht naar buitenaards leven speuren astronomen meestal naar hemellichamen die op de aarde lijken: manen of planeten die zich op een goede afstand van hun ster bevinden, zodat er vloeibaar water kan bestaan.

Maar dat is te kortzichtig volgens de Amerikaanse filosoof Carol Cleland, , die hoogleraar aan University of Colorado Boulder is en onder meer voor NASA werkt.

Cleland heeft verschillende boeken over het zoeken naar buitenaards leven geschreven, en ze waarschuwt ervoor dat we niet alleen moeten zoeken naar levensomstandigheden zoals op aarde.

Het leven dat we kennen is afhankelijk van water, maar wie zegt dat dit ook elders het geval is?

Misschien zijn er wel heel andere vloeistoffen die bruikbaar zijn voor organismen, want wellicht zijn die op een andere manier gebouwd.

Onwetendheid leidt tot tunnelvisie

In 2017 vond de telescoop ALMA aanwijzingen dat Titan, een maan van Saturnus, veel acrylonitril in de atmosfeer had.

Dat lijkt in verband met de zoektocht naar leven niet heel interessant, maar op Titan is het wel relevant.

Titan is ijskoud met een temperatuur van circa -172 °C, dus eventueel leven heeft er geen toegang tot vloeibaar water.

Vloeibaar methaan is er daarentegen in overvloed. Voor de vethoudende celmembranen die het leven op aarde gebruikt, is dit vloeibare methaan fataal, maar de stof acrylonitril heeft het vermogen om vergelijkbare membranen te vormen.

En dat betekent dat leven op Titan in principe gebaseerd kan zijn op andere stoffen dan leven hier op aarde – de omstandigheden zijn er immers heel anders.

Wat vet en water zijn voor het leven hier zijn acrylonitril en methaan dus wellicht voor het leven op Titan.

Twee jaar vóór de ontdekking van de ALMA was een team van biochemici en astronomen van Cornell University in de VS al op dit idee gekomen.

Ze maakten een computermodel van een cel met een acrylonitrilmembraan, dat echt werkte.

De 66 radioantennes van de ALMA- telescoop hebben sporen gevonden van de stof acrylonitril, die mogelijk de grondslag van leven vormt op de Saturnusmaan Titan.

© Shutterstock

Als ze niet toevallig deze ontdekking hadden gedaan, hadden de NASA-wetenschappers met de ALMA vast geen moeite gedaan om naar die stof te zoeken in de atmosfeer van Titan.

Het voorbeeld toont aan hoe belangrijk het is om een open blik en wat fantasie te hebben in de zoektocht naar buitenaards leven. En dat is precies Carol Clelands idee.

De filosoof is het met Carl Sagan eens dat we te weinig over de aard van het leven weten om het te kunnen definiëren, en dat een definitie ons blind kan maken voor ‘leven zoals we het niet kennen’, zoals ze het noemt.

‘Hoe kunnen we het leven over één kam scheren op basis van één voorbeeld, dat mogelijk niet representatief is?’ vraagt ze.

'Als we voor het leven een vaste definitie hanteren, sluiten we leven dat anders is dan het onze buiten, als we ernaar zoeken op verre hemellichamen.’

Omdat een tunnelvisie op de loer ligt, vindt Cleland dat we op aarde ook niet al te scherpe grenzen moeten trekken tussen dat wat leeft en dat wat niet leeft.

Tot we meer weten over de aard van het leven horen virussen en prionen bijvoorbeeld in een grijs gebied. En daarmee zijn veel andere wetenschappers het eens.

  • © Uni. of Colorado Boulder

    "Als we voor het leven een vaste definitie hanteren, sluiten we leven dat anders is dan het onze buiten."

    Filosoof Carol Cleland over het risico van een definitie van leven; daardoor herkennen we vreemde levensvormen wellicht niet als we die tegenkomen.

Terwijl de astronomen het in de ruimte zoeken, zijn andere wetenschappers in navolging van Stanley Miller het lab in gedoken.

Zo ook de Amerikaanse biochemicus Steven Benner, pionier op het onderzoeksgebied dat we synthetische biologie noemen, waarbij onderzoekers langs scheikundige weg systemen creëren die complexe processen in levende organismen nabootsen.

In het lab bouwen ze biomoleculen als aminozuren, eiwitten, RNA en DNA en bestuderen ze de werking daarvan. Maar ze zijn er nog niet in geslaagd een systeem uit te werken dat zelfwerkend is, zoals natuurlijke organismen.

Benner probeert niet alleen de bekende bouwstenen van het leven te kopiëren, maar ook nieuwe te maken.

In 2019 leidde hij een team dat nog geavanceerder DNA maakte dan het leven zelf heeft weten te ontwikkelen.

De DNA-streng die we kennen heeft vier basen, die je kunt zien als de letters in het ‘alfabet van het leven’.

De volgorde van die basen bepaalt hun functie en bevat de formule voor de eiwitten die de cellen produceren.

Wij mensen hebben circa 25.000 genen. Sommige daarvan tellen enkele honderden basen, andere ruim 2 miljoen, en in totaal bevat het erfelijk materiaal van de mens zo’n 3 miljard basen.

De combinatiemogelijkheden van de basen zijn onmetelijk groot, maar met Benners zelfgemaakte DNA zijn ze nog groter.

In het laboratorium creëerde hij DNA-strengen die naast de vier basen van het natuurlijke leven nog vier basen tellen.

Vanwege die acht basen is het DNA ‘hachimoji’ genoemd, een soort samentrekking van de Japanse woorden voor acht, hachi, en voor letter, moji.

Het synthetische DNA is net als de natuurlijke variant een soort wokkel, en uit de proeven van Benner blijkt dat het informatie op dezelfde manier kan dragen en doorgeven.

Met het project wil hij dan ook aantonen dat de centrale bouwstenen van het leven er heel anders kunnen uitzien dan we denken.

‘Door de vorm, de grootte en de structuur van het hachimoji-DNA te analyseren kunnen we meer te weten komen over de moleculen die in buitenaards leven op andere planeten wellicht informatie bevatten,’ zegt hij.

NASA steunt Benners werk, en wil met de resultaten de instrumenten verbeteren waarmee ze buitenaards leven zoekt.

Hoe breder het zoeklicht, des te geringer de kans is dat vreemd leven over het hoofd wordt gezien.

Benner hoopt dat het onderzoek binnen de synthetische biologie zal leiden tot een universele definitie van leven, en net als de NASA-filosoof Carol Cleland waarschuwt hij dat de ingrediënten van vreemd leven mogelijk niet dezelfde zijn als die van het leven op aarde.

Definitie bijt in zijn eigen staart

Het ontbreekt ons aan kennis om leven te definiëren – en daarmee om het verschil tussen ‘levend’ en ‘levenloos’ te formuleren.

Al geven biologen en scheikundigen ons een grondig inzicht in de processen die de organismen op aarde in leven houden, we weten nog niet hoe het leven is ontstaan.

Hoe zeldzaam het is, weten we dus ook niet. Volgens sommige onderzoekers ontstaat het als een wetmatigheid wanneer de omgeving het maar toelaat en er tijd genoeg is.

Als dat klopt, dan kan het al meerdere keren in de geschiedenis van de aarde – en op andere planeten – ontstaan zijn. Op aarde was in dat geval onze vroege voorouder LUCA het best aangepast, en die heeft andere oervormen van leven weggeconcurreerd.

LUCA’s nakomelingen zijn nog beter aangepast, waardoor de natuur geen schijn van kans meer maakte om nog eens opnieuw te beginnen.

Omgekeerd kan het natuuurlijk ook zo zijn dat het leven op aarde puur toevallig is ontstaan, en dat dit maar één keer gebeurd is. Dan is de kans op het vinden van buitenaards leven niet bijster groot.

Een andere vraag is hoe het leven zich gedraagt. Als het inderdaad een ingebakken gevoel voor zelfbehoud heeft, zoals de Gaiatheorie stelt, vergroot dit de kans dat we op andere planeten leven aantreffen.

Maar als het juist zelfdestructief is, zoals de Medeatheorie beweert, dan wordt die kans kleiner, want dan is het ook toevallig dat het leven op aarde er überhaupt nog is; elders in het heelal is het dan waarschijnlijk al te gronde gegaan.

In de zoektocht naar buitenaards leven hebben we een universele definitie van leven nodig, zodat we het kunnen herkennen als we het tegenkomen. Maar zo’n definitie valt niet te geven, juist omdat we geen andere vormen van leven dan de onze kennen.

Dus alweer een kwestie van kip en ei. Dit probleem is pas op te lossen als wetenschappers meer dan één voorbeeld van leven kennen.

Hopelijk slagen astrobiologen er ondanks alles in om vreemde werelden te vinden in de ruimte, als er niet al eerder leven opduikt in het lab van biochemici.

Steven Benner weet wel wie de race gaat winnen. ‘Onze eerste ontmoeting met ander leven vindt plaats in een scheikundelaboratorium,’ voorspelt hij.

Bekijk de lezing van Steven Benner over het creëren van leven in het lab en de uitdagingen daarvan.

Hier vertelt de Amerikaanse biochemicus hoe synthetische biologie ons iets kan leren over het leven – zowel dat op aarde als op vreemde planeten.

Lees ook:

Klimaatverandering

Onderzoekers stellen prognose bij: Ergste temperatuurstijging is minder erg

3 minuten
fruitvliegjes
Natuur

Waar komen fruitvliegjes vandaan?

5 minuten
Klimaatverandering

Bosbranden zijn een tikkende tijdbom onder CO2-balans

5 minuten

Log in

Ongeldig e-mailadres
Wachtwoord vereist
Toon Verberg

Al abonnee? Heb je al een abonnement op ons tijdschrift? Klik hier

Nieuwe gebruiker? Krijg nu toegang!

Reset wachtwoord

Geef je mailadres op, dan krijg je een e-mail met aanwijzingen voor het resetten van je wachtwoord.
Ongeldig e-mailadres

Voer je wachtwoord in

We hebben een mail met een wachtwoord gestuurd naar

Nieuw wachtwoord

Enter a password with at least 6 characters.

Wachtwoord vereist
Toon Verberg