Abiogenese
- Dit artikel beschrijft uitsluitend de wetenschappelijke modellen voor abiogenese.
- Voor een overzicht van visies op het ontstaan van leven, zie Oorsprong van het leven.
Abiogenese is het (hypothetische) ontstaan van leven uit niet-levende materie. De term moet niet verward worden met Spontane generatie zoals men dat in de oudheid meende waar te nemen ("muizen ontstaan in graan", "maden ontstaan in rottend vlees" etc). Vanaf de 19e eeuw is een belangrijk principe in de biologie dat leven alleen ontstaat uit ander leven: Omne vivum ex ovo (al het leven komt uit een ei). De klassieke opvatting van spontane generatie is volgens moderne inzichten een onmogelijkheid. Maden verschijnen in rottend vlees omdat vliegen daar hun eieren hebben gelegd, muizen duiken op in graanschuren, omdat ze van elders komen, en zich in een dergelijk voedselparadijs snel voortplanten.
De vraag is echter hoe het eerste leven ooit begonnen is, het leven waar al het andere leven uit is voortgekomen. Abiogenese is de materialistische verklaring voor de oorsprong van het leven: het eerste leven is ooit ontstaan als gevolg van chemische processen. De evolutietheorie sluit aan op abiogenese, en geeft een verklaring hoe de verschillende soorten zijn ontstaan uit de eerste levensvormen. Andere verklaringen voor het ontstaan van leven en/of verschillende soorten, gaan uit van een metafysisch ingrijpen door een intelligentie die veelal wordt aangeduid als 'God'.
Er bestaan verschillende modellen van abiogenese, maar geen ervan is erg gedetailleerd en empirische ondersteuning is schaars. Alle modellen gaan uit van processen die zich over een tijdspanne van honderden miljoenen jaren hebben voltrokken.
Inhoud |
[bewerk] Chemische kenmerken van leven
Om een chemische verklaring van het ontstaan van leven te kunnen geven, is het belangrijk om een chemische beschrijving van leven te hebben. De belangrijkste kenmerken van het leven op aarde zijn:
- De basis wordt gevormd door eiwitten en andere organische moleculen. Eiwitten bestaan uit ketens van aminozuren. Met eiwitten kunnen complexe moleculaire structuren worden gebouwd.
- Leven moet zich kunnen voortplanten (zelfreplicatie). Daarbij gebruikt het leven DNA om zijn genetische code door te geven aan zijn nakomelingen. In dit molecuul, wat een polymeer is van het DesoxyriboseNucleïnezuur(=Acid)-molecuul, staan alle codes voor de eiwitten die het individu gedurende zijn leven nodig heeft. De specifieke combinatie van eiwitcodes(=genen) in het DNA bepalen uiteindelijk de karakteristieken van het individu.
- De cel is de kleinste levende eenheid. Een meercellige levensvorm is opgebouwd uit verschillende cellen, die echter alle dezelfde genetische instructies bevatten.
Alle genoemde kenmerken zijn essentieel voor het leven zoals wij dat kennen. De modellen voor abiogenese moeten niet alleen het ontstaan van deze kenmerken afzonderlijk verklaren, maar ook hoe deze bij elkaar hebben kunnen komen om de eerste levende cel te vormen.
[bewerk] Organische moleculen
Het beroemde Miller-Urey experiment toonde in 1953 aan dat organische moleculen kunnen ontstaan in een levenloze omgeving. In het experiment werd door Stanley Miller en Harold Urey de vermoedelijke toestand van de vroege Aarde nagebootst in een laboratorium. In een mengsel van waterdamp, methaan, ammoniak en waterstofgas werden elektrische ontladingen opgewekt. Na een week bleek dat er een aanzienlijke hoeveelheid organische moleculen was ontstaan, inclusief aminozuren (de bouwstenen van eiwitten). Van de aanwezige koolstof bevond 10-15% in organische moleculen. Twee procent van de koolstof was gebonden (als twee verschillende) aminozuren. De ene helft van de geproduceerde aminozuren was linksdraaiend, de andere helft rechtsdraaiend. Alle eiwitten bestaan uit linksdraaiende aminozuren.
Inmiddels is bekend dat organische moleculen helemaal niet zeldzaam zijn buiten de Aarde. Kometen zijn bedekt met een teerachtige substantie, rijk aan organische moleculen. Inslaande kometen kunnen een voldoende hoeveelheid organische moleculen op aarde hebben gebracht. Ook zijn er PAK's (polycyclische aromatische koolwaterstoffen) ontdekt in een nevel in de ruimte.
Veel organische moleculen die essentieel zijn voor het leven ontstaan door polymerisatie (aan elkaar rijgen) van een groot aantal enkelvoudige (gelijksoortige) organische moleculen. Eiwitten ontstaan door polymerisatie van aminozuren, zetmeel is een polymeer van suiker. Ook DNA en RNA zijn polymeren. Hoe polymeren zijn ontstaan uit enkelvoudige organische moleculen is vooralsnog niet duidelijk.
[bewerk] Zelfreplicatie
Het interessante van zelfreplicerende moleculen is dat ze de mogelijkheid van "natuurlijke selectie" bieden, zoals dat ook in de evolutietheorie wordt toegepast. Op dezelfde wijze als er een evolutie van soorten plaatsvindt, is het denkbaar dat er een chemische evolutie heeft plaatsgevonden. Het probleem daarbij is dat het zelfreplicerende DNA beschermd wordt door de celmembraan en gebruik maakt van een veelheid van andere organische moleculen. Zonder bescherming van de cel en zonder de eiwitten in de cel, kan DNA zich niet repliceren.
[bewerk] Zelfreplicerend RNA
RNA lijkt veel op DNA, en kan ook informatie bevatten zoals DNA dat doet. Er zijn virussen die RNA gebruiken als drager van genetisch eigenschappen (zie retrovirus). Daarnaast heeft RNA ook katalytische eigenschappen, waardoor het de aanmaak van RNA kan bevorderen. Er zijn RNA-moleculen die onder specifieke omstandigheden autokatalytisch zijn, oftewel ze kunnen zichzelf repliceren.
Als opslagmedium voor informatie is RNA echter minder geschikt dan DNA. RNA is minder stabiel. Anderzijds is RNA wel opgebouwd rond een standaard pentose, ribose, en is DNA opgebouwd rond desoxyribose. De biosynthese hiervan vraagt een speciale reductie.
[bewerk] Kleitheorie
Een niet algemeen geaccepteerde theorie is de "kleitheorie" die door Graham Cairns-Smith werd geopperd in 1985. De theorie behelst in het kort dat kleideeltjes door hun vorm en de eigenschappen van hun oppervlak verschillende mogelijkheden hebben om hun omgeving te beïnvloeden. Sommige kleideeltjes zullen als sediment de kans vergroten dat vergelijkbare kleideeltjes ook daar sedimenteren. Gezamenlijk is hun invloed op de omgeving groter. Klei heeft ook katalytische eigenschappen, en als die katalytische eigenschappen leiden tot vorming van organische moleculen op het oppervlak die de oorspronkelijke eigenschappen versterken, is er een soort van zelfreplicerend systeem ontstaan. De volgende stap is dan dat de zelfreplicatie zich losmaakt van de kleideeltjes, leidend tot een zelfreplicerend systeem van organische moleculen.
[bewerk] Protocellen
Cellen zijn afgescheiden van hun omgeving door een celmembraan, bestaande uit fosfolipiden. Het is mogelijk gebleken om celachtige structuren te laten ontstaan uit organisch materiaal uit meteorieten.
[bewerk] Extremofielen en Black smokers
De betrekkelijk recente ontdekking van de black smokers, heetwaterbronnen op de bodem van de oceanen, en de in de omgeving daarvan levende extremofielen, die alle tot het eencellige fylum der archeobacterieën behoren, heeft een aantrekkelijke nieuwe theorie voor de abiogenese opgeleverd. Er zijn namelijk veel argumenten die ervoor pleiten dat de black smokers optimale kansen bieden voor een chemische evolutie die in het ontstaan van levende wezens heeft kunnen resulteren.
[bewerk] Stand van zaken
De huidige kennis biedt hooguit hypothesen over hoe abiogenese plaats heeft kunnen vinden. Men kan wel al aminozuren en andere organische moleculen laten ontstaan door louter natuurlijke processen zoals Miller en Urey deden. Hoe deze zichzelf zouden moeten organiseren in complexere, zichzelf in stand houdende (en nog moeilijker voorstelbaar: reproducerende) eenheden is nog volstrekt onduidelijk. Er zijn dus nog veel zaken onduidelijk. Vanuit vooral religieuze hoek wordt abiogenese afgewezen als zijnde onmogelijk en wordt gewezen op een metafysisch ontstaan van leven.
[bewerk] Zie ook
- LUCA, Last Universal Common Ancestor oftewel Laatste Universele Gemeenschappelijke Voorouder
- Oorsprong van het leven
- Panspermia
[bewerk] Externe links
- A Model of the Protocell (nasa.gov)
