The origin of life
Mar 12th, 2008 by King Cold
Een veelgehoord creationistisch argument tégen de evolutietheorie is dat leven niet zomaar toevallig uit niet-leven kan zijn ontstaan. Over dat vermeende toeval in de evolutie heb ik hier al eerder eens een stukje geschreven, nu is het tijd voor het leven-niet leven argument. Dit “argument” is namelijk helemaal geen geldig argument tegen de evolutietheorie. De evolutietheorie van Darwin (rede zij met hem) heeft immers het reeds aanwezig zijn van leven nodig om zijn werk te kunnen doen. Net zoals de Big Bang (Astronomie) niks te maken heeft met de evolutietheorie (Biologie), valt ook de vraag hoe het leven ontstaan is uit niet-leven onder een andere wetenschap, nl de Chemie.
Onderzoek naar het ontstaan van leven zelf is een vrij nieuwe wetenschap en wordt ook wel abiogenese genoemd en de onderzochte “levensvormen” worden ook wel aangeduid met “prebiotic life” (leven van voordat het biologische leven is ontstaan). Een moeilijkheid hierbij is dat de scheidslijn waar de chemie (het prebiotic life) ophoudt, en de biologie (biotic life) begint nog niet eenduidig gedefiniëerd is. Men is er in de wetenschap immers simpelweg nog niet uit wat leven zelf nu eigenlijk is. Dit probleem heeft echter met name te maken met gevoelskwesties; Men kan leven bijvoorbeeld definiëren als een zelfstandig lichaam dat groeit en eet, maar daar valt vuur dan ook onder, en iedereen zal beamen dat dat geen leven is. De definitie van leven kan verder uitgebreid worden met dat om “leven” te zijn een systeem behalve een lichaam, ook een metabolisme nodig heeft, zelfstandig moet werken en de neiging heeft om te vermenigvuldigen. Echter, daar valt weer op af te dingen dat sommige parasitaire organismen niet onafhankelijk kunnen leven terwijl de algemene opvatting is dat zij wel onder leven vallen. Over het algemeen beschouwd worden virussen nÃet als leven beschouwd.
Een beroemd, maar simplistischexperiment, uitgevoerd in 1953, door Stanley Miller en Harold Uray, toonde aan dat in aanwezigheid van water, ammoniak, waterstof en methaan een vonk elektriciteit de aanmaak van verschillende aminozuren en andere organische moleculen initieerden zoals lipiden en suikers. Simplistisch omdat het experiment waarschijnlijk niet een juiste weergave is van de vroege aardatmosfeer, welke tot op heden voer is voor wetenschappelijke discussies. Wat het experiment wel ondubbelzinnig aantoont is dat voor leven essentiële stoffen zoals aminozuren, onder vrij simpele chemische condities kunnen ontstaan.
Verder is het helemaal niet ondenkbaar dat complexe moleculen elders in de ruimte ontstaan zijn, en via kometen en meteorieten op de jonge aarde zijn aangekomen. Kortom, de bouwstenen kunnen prima op een jonge aarde terechtgekomen zijn.
Wat zouden die bouwstenen dan zoal moeten zijn? Allereerst is een lichaam nodig, in termen van prebiotisch leven niet meer dan een holte omgeven door een celwand, de prebiotische cel. Zo’n simpele celwand bestond waarschijnlijk uit amifiele moleculen waarvan geen reden is om aan te nemen dat het onmogelijk is dat deze op de vroege aarde hebben bestaan. Deze cel is allereerst nodig om een (nog primitief) metabolisme te huisvesten. Ten tweede dient de cel een methode tot zelfreplicatie te bevatten.
Een hedendaagse cel bevat DNA (deoxyriboNucleic Acid) als informatiedrager, Proteinen als “uitvoerders” en RNA als “tussenpersoon”. Deze drie zorgen in aanwezigheid van voldoende voedingsstoffen voor o.a. de celreplicatie. Het DNA is een stabiel en vrij rigide molecule, en is daarmee uitermate geschikt als informatiedrager, maar ook niet meer dan dat. Eiwitten zijn aan de andere kant weer heel divers in hun functie, maar zijn niet geschikt als drager van genetische informatie. Dan het RNA;
RNA heeft de eigenschap dat het genetische informatie kan opslaan; Wanneer een op het DNA gelegen gen wordt afgelezen (transcriptie) ontstaat eerst een stuk RNA (het messenger RNA, mRNA), welke op zijn beurt weer wordt afgelezen (translatie) door het ribosoom, resulterend in het gewenste eiwit. Echter, bij een nadere beschouwing van het translatieproces wordt duidelijk dat het RNA niet alleen als doorgeefluik van genetische informatie dient. Aminozuren worden bij het ribosoom afgeleverd door zogeheten transfer RNA (tRNA) moleculen, die tevens een code bevatten die moet corresponderen met een code op het mRNA, vooraleer het ribosoom het aangeboden aminozuur kan inbouwen. Verder bevat het ribosoom-complex zelf ook veel RNA (ribosomaal RNA, rRNA), dat een cruciale rol speelt bij bijvoorbeeld het zoeken naar het begin van een gen, de interactie met het tRNA of zelfs enzymatische activiteit. RNA kan dus veel meer dan alleen genetische informatie opslaan, het kan ook enzymatische activiteiten ontplooien.
Het ligt dan ook voor de hand te suggereren dat er RNA moleculen bestaan die de aanmaak van andere RNA moleculen (inclusief zichzelf) kunnen katalyseren, hier zijn ook onderzoeken naar gedaan en alhoewel een volledige RNA self-replicator nog niet gevonden is sluiten experimentele resultaten het bestaan ervan zeker niet uit. Het idee van een pre-biotisch klimaat met RNA als voorloper van het leven wordt ook wel de RNA-world hypothesis genoemd.
Er zijn naast de RNA world hypothesis, nog vele andere ideeën over het leven vóór het leven. Een hiervan is de Iron-sulfur world. Dit is een onder wetenschappers momenteel wat minder populair idee wat uitgaat van een vroeg metabolisch proces op een pyriet-oppervlak vanwaaruit steeds ingewikkelder moleculen ontstonden met als resultaat de primitieve cel.
Concluderend; Ik heb hier niet geprobeerd om een nauwsluitend met feiten onderbouwd betoog te houden waarin ik uiteenzet hoe het leven is ontstaan uit niet-leven (dit zou zonder meer de nobelprijs opleveren). De abiogenese is zoals al eerder gesteld een erg jonge tak van wetenschap, waarin telkens nieuwe hypothesen ontstaan onder invloed van nieuwe inzichten. In 1953 was het Miller-Urey experiment bijvoorbeeld nog een publicatie in science waard, terwijl dit klassieke experiment nu wordt gezien als achterhaald. Verder omvat dit schrijfsel natuurlijk lang niet alle beschikbare informatie over de wetenschappelijke inzichten over the origin of life (zie ook de in het artikel aangehaalde links).
Het enige dat ik wel heb proberen aan te tonen is dat de wetenschap absoluut niet met de mond vol tanden staat als het gaat om de vraag waar het leven zelf vandaan komt. Natuurlijk, er zijn nog een hoop open vragen en hypotheses die nadere experimenten vereisen, maar dat is nu juist de kern van de wetenschap. Het is in ieder geval niet nodig om zich tot god te wenden met deze vraag, want dat is nog altijd een stuk speculatiever.
Ik denk dat van de moleculaire structuur van god nog veel minder bekend is. Interessant stuk, ik dacht altijd dat leven alleen al gedefinieerd kon worden door zelfreplicatie, maar ik snap dat het iets ingewikkelder is. De vergelijking met vuur lijkt me een beetje ver gezocht, hoewel wij zelf natuurlijk ook de uitkomst, of het produkt van chemische reacties zijn. Dat virussen niet tot leven worden gerekend vind ik eigenlijk wel vreemd, want schimmels doen mi. hetzelfde op iets grotere schaal. Het probleem is natuurlijk waar leg je de scheidslijn, net als bij planten/dieren.
Misschien ook leuk: zoekend naar een uitzending van Noorderlicht over de Heidelbergmens van 350.000 jaar geleden kwam ik deze tegen, een dossier over intelligent design van Noorderlicht: http://noorderlicht.vpro.nl/dossiers/25636868/
(De Heidelbergensis : http://noorderlicht.vpro.nl/afleveringen/38638649/ )
Is het nu in een van de boeken van Dawkins dat hij patronen producerende klei deeltjes beschrijft of heb ik dit ergens anders gelezen, in dat geval en als er mensen interesse hebben wil ik het wel even opzoeken
Klopt WooD, ‘The God Delusion’.
hmm ik moet ze toch weer eens lezen, het begint allemaal een beetje weg te zakken. *20cm aan Dawkins boeken heeft staan*
“Over het algemeen beschouwd worden virussen nÃet als leven beschouwd.”
Dawkins, The Ancestor’s Tale: p. 477: There is a virus called Qβ. [...] Qβ is a bacteriophage (phage for short) — a parasite of bacteria, specifically of the gut bacterium Escherichia coli.
Virussen hebben (parasitair) RNA, ze voeden zich, repliceren en evolueren. Geen leven? Kom op…
@E.Coli: dat zeg je natuurlijk alleen maar omdat het over jouw naam gaat.
Nope, maar ik vond het intussen wél grappig.