Maximillian kast/Shutterstock
Vanaf zijn nederige oorsprong(en) heeft het leven de hele planeet besmet met eindeloos mooie vormen. Het ontstaan van het leven is de oudste biologische gebeurtenis, zo oud dat er geen duidelijk bewijs is achtergelaten behalve het bestaan van het leven zelf. Dit laat veel vragen open, en een van de meest prikkelende is hoe vaak het leven op magische wijze is ontstaan uit niet-levende elementen.
Is al het leven op aarde slechts eenmaal geëvolueerd, of zijn verschillende levende wezens uit verschillende doeken gesneden? De vraag hoe moeilijk het is om leven te laten ontstaan is interessant – niet in het minst omdat het enig licht kan werpen op de kans om leven te vinden op andere planeten.
De oorsprong van het leven is een centrale vraag in de moderne biologie, en waarschijnlijk de moeilijkst te bestuderen. Deze gebeurtenis vond vier miljard jaar geleden plaats, en het gebeurde op moleculair niveau – wat betekent dat er weinig fossiel bewijsmateriaal overblijft.
Er zijn vele levendige beginpunten gesuggereerd, van onsmakelijke oersoepen tot de ruimte. Maar de huidige wetenschappelijke consensus is dat het leven ontstond uit niet-levende moleculen in een natuurlijk proces dat abiogenese heet, waarschijnlijk in de duisternis van diepzee hydrothermale bronnen. Maar als het leven eenmaal is ontstaan, waarom dan niet vaker?
Wat is abiogenese?
Wetenschappers hebben verschillende opeenvolgende stappen voor abiogenesis voorgesteld. We weten dat de aarde rijk was aan verschillende chemische stoffen, zoals aminozuren, een soort moleculen die nucleotiden of suikers worden genoemd, die de bouwstenen van het leven zijn. Laboratoriumexperimenten, zoals het iconische Miller-Urey experiment, hebben aangetoond hoe deze verbindingen op natuurlijke wijze kunnen worden gevormd onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met de vroege aarde. Sommige van deze verbindingen kunnen ook door meteorieten op aarde zijn terechtgekomen.
Rokende hydrothermale vent.
NOAA/wikipedia.
Vervolgens combineerden deze eenvoudige moleculen zich tot complexere moleculen, zoals vetten, eiwitten of nucleïnezuren. Belangrijk is dat nucleïnezuren – zoals dubbelstrengs DNA of zijn enkelstrengs neefje RNA – de informatie kunnen opslaan die nodig is om andere moleculen te bouwen. DNA is stabieler dan RNA, maar RNA daarentegen kan deel uitmaken van chemische reacties waarbij een verbinding kopieën van zichzelf maakt – zelfreplicatie.
De “RNA-wereld” hypothese suggereert dat het vroege leven RNA kan hebben gebruikt als materiaal voor zowel genen als replicatie, vóór het ontstaan van DNA en eiwitten.
Zodra een informatiesysteem kopieën van zichzelf kan maken, treedt natuurlijke selectie in werking. Sommige van de nieuwe kopieën van deze moleculen (die sommigen “genen” zouden noemen) zullen fouten of mutaties bevatten, en sommige van deze nieuwe mutaties zullen het replicatievermogen van de moleculen verbeteren. Daarom zullen er na verloop van tijd meer kopieën van deze mutanten zijn dan andere moleculen, waarvan sommige verdere nieuwe mutaties zullen opstapelen waardoor ze nog sneller en overvloediger worden, enzovoort.
Uiteindelijk ontwikkelden deze moleculen waarschijnlijk een lipide (vettige) grens die de interne omgeving van het organisme scheidt van de buitenkant, waardoor protocellen werden gevormd. Protocellen konden de voor biochemische reacties benodigde moleculen beter concentreren en organiseren, waardoor een beheerst en efficiënt metabolisme ontstond.
Leven op herhaling?
Abiogenesis zou meer dan eens gebeurd kunnen zijn. De aarde kan meerdere keren zelfreplicerende moleculen hebben voortgebracht, en misschien bestond het vroege leven gedurende duizenden of miljoenen jaren gewoon uit een stel verschillende zelfreplicerende RNA moleculen, met onafhankelijke oorsprong, die streden om dezelfde bouwstenen. Helaas, door de oeroude en microscopische aard van dit proces zullen we het misschien nooit weten.
Veel laboratoriumexperimenten hebben met succes verschillende stadia van abiogenese gereproduceerd, wat bewijst dat ze meer dan eens zouden kunnen gebeuren, maar we hebben geen zekerheid dat ze in het verleden hebben plaatsgevonden.
Een verwante vraag zou kunnen zijn of er nieuw leven ontstaat door abiogenese terwijl u dit leest. Dit is echter zeer onwaarschijnlijk. De vroege Aarde was steriel van leven en de fysische en chemische omstandigheden waren heel anders. Als er nu ergens op de planeet ideale omstandigheden zouden zijn voor het ontstaan van nieuwe zelfreplicerende moleculen, dan zouden die onmiddellijk door het bestaande leven worden opgegeten.
Wat we wel weten is dat alle bestaande levende wezens afstammen van één gedeelde laatste universele gemeenschappelijke voorouder van het leven (ook bekend als LUCA). Als er andere voorouders waren, lieten zij geen nakomelingen achter. Belangrijke bewijzen ondersteunen het bestaan van LUCA. Al het leven op aarde gebruikt dezelfde genetische code, namelijk de overeenkomst tussen nucleotiden in het DNA die bekend staan als A, T, C en G – en het aminozuur dat zij coderen in eiwitten. Zo komt de volgorde van de drie nucleotiden ATG altijd overeen met het aminozuur methionine.
Theoretisch zouden er echter meer varianten van de genetische code tussen soorten kunnen bestaan. Maar al het leven op aarde gebruikt dezelfde code met een paar kleine veranderingen in sommige lijnen. Biochemische paden, zoals die welke gebruikt worden om voedsel te metaboliseren, ondersteunen ook het bestaan van LUCA; vele onafhankelijke paden zouden geëvolueerd kunnen zijn in verschillende voorouders, maar sommige (zoals die welke gebruikt worden om suikers te metaboliseren) worden gedeeld door alle levende organismen. Evenzo zijn er honderden identieke genen aanwezig in verschillende levende wezens, die alleen verklaard kunnen worden door overerving van LUCA.
Net als wij…
Sharon Morris/Shutterstock
Mijn favoriete ondersteuning voor LUCA komt van de Tree of Life. Onafhankelijke analyses, sommige met behulp van anatomie, metabolisme of genetische sequenties, hebben een hiërarchisch patroon van verwantschap aangetoond dat kan worden weergegeven als een boom. Hieruit blijkt dat wij meer verwant zijn aan chimpansees dan aan enig ander levend organisme op aarde. Chimpansees en wij zijn meer verwant aan gorilla’s, en samen aan orang-oetans, enzovoort.
Je kunt elk willekeurig organisme kiezen, van de sla in je salade tot de bacteriën in je bioactieve yoghurt, en als je ver genoeg terug in de tijd reist, zul je een feitelijke gemeenschappelijke voorouder delen. Dit is geen metafoor, maar een wetenschappelijk feit.
Dit is een van de meest verbijsterende concepten in de wetenschap, Darwin’s eenheid van leven. Als je deze tekst leest, ben je hier dankzij een ononderbroken keten van voortplantingsgebeurtenissen die miljarden jaren teruggaat. Zo opwindend als het is om na te denken over het herhaaldelijk ontstaan van leven op onze planeet, of elders, zo opwindend is het om te weten dat wij verwant zijn aan alle levenswezens op de planeet.
Jordi Paps werkt niet voor, geeft geen advies, heeft geen aandelen in of ontvangt geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat heeft bij dit artikel, en heeft geen relevante banden bekendgemaakt buiten zijn academische aanstelling.
