Biologie-5-Ontstaan van het leven/Replicatie/Reproductie.
"The replication of molecules for example can be traced to life's origin and represents one of life's most universal properties." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson:"Integrated principles of zoology."
"The principal problem in understanding the origin of life is explaining how primitive chemical systems could have become organized into living autonomous self-reproducing cells." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson: op.cit.
"I talked about life as the emergence of self-reproducing molecular systems." Stuart Kaufman: "The adjacent possible."
"De basis bouwstenen van het leven zijn scheikundige stoffen die in specifieke scheikundige processen interageren." L.Apostel: "Oorsprong". ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1-VOORWOORD.
In vorige paragrafen van EX LIBRIS-Biologie werden de mogelijkheden voor de vorming van prebiotische elementen, op aarde en in de ruimte,voldoende besproken.De exacte oorsprong van de primaire bouwstenen van de basis structuren van de levende organismen is echter nog niet gekend maar aan hypothesen geen gebrek.Deze hypothesen zijn min of meer aanvaardbaar. Geen wetenschapper twijfelt dat deze primaire bouwstenen in de prille faze van de vorming van de aarde reeds aanwezig waren.Gedurende 1 mijard jaar (van 4,5 tot 3,5 miljard jaar) hebben deze bouwstenen tijd gehad om scheikundig te evolueren tot elementen die later de mogelijkheid hadden in een replicatiefaze te treden.Gezien de immense mogelijkheden voor de combinatie van deze eerste bouwstenen is het echter onwaarschijnlijk dat de geschikte basis structuren (proteïnen en nucleïne zuren) snel kant en klaar waren.Er waren zeker talrijke wegen waarvan velen voor de vorming van levende organismen niet bruikbaar waren.Een aantal hypothesen voor de verschijning van de geschikte elementen en voor hun replicatie werden geformuleerd.Dit is het onderwerp van deze paragraaf. Men moet zich echter realiseren dat deze bespreking niet vertrekt van DNA-die komt pas in een latere faze op het toneel.Verder gaat het ook niet over "reproductie" maar beter over een "replicatie" faze.Dit onderscheid is nodig voor de latere bespreking van de levende cel waarin "reproductie" zeer belangrijk wordt.
2-"UNDERSTANDING EVOLUTION." http://evolution.berkeley.edu/evolibrary/article/origsoflife (van _01 tot _08) (Andy Ellington).
Een eenvoudige benadering van de oorsprong van het leven wordt hierin geschetst.Levende organismen zijn enorm complex.Deze complexiteit verscheen niet in volledige vorm in de oersoep (primordial soup).Het is praktisch zeker dat het leven ontstond in een reeks kleine stappen;iedere stap bouwt voort op de complexiteit die reeds aanwezig was in de voorgaande stap.
a)Eenvoudige organische moleculen werden gevormd. Hier gaat het over de vorming van proteïnen en nucleotiden.Deze waren echter reeds geëvolueerde structuren afkomstig van de reacties van de prebiotische elementen.
b)De replicatie van de elementen voor de levende organismen evolueerde en onderging een Darwiniaans proces van natuurlijke selectie op moleculair niveau. Deze beschouwing is nog van groter belang bij het kopiëren van genetisch materiaal.Veel biologen uiten de hypothese dat de replicatie stap met RNA begon (zie verder).Zelf-replicatie opende de deur voor natuurlijke selectie.
c)De replicatie van de moleculen begon pas goed op gang te komen toen ze omsloten werden door een celmembraan.Eerst verscheen wat men noemt een "protocel".Op dit niveau speelde een Darwiniaanse selectie ook een belangrijke rol (cellulair darwinisme).
d)Tenslotte begonnen de metabolische processen de overhand te nemen.DNA werd ingeschakeld voor de reproductie en voor de vorming van de diverse RNA moleculen via de transcriptie stap.DNA was stabieler dan RNA,wat uiterst belangrijk bleek te zijn.
e)Multicellulaire organismen. Twee miljard jaar geleden begon de periode waarin de cellen aggregaten vormden.Dit opende de weg voor de multicellulaire levende organismen zoals men ze kan zien in fossiele algen van het precambrium.
Bij de aanvang van de studie van de oorsprong van de levende organismen werden de wetenschappers geconfronteerd met het dilemma van "DE KIP EN HET EI" : Wie was eerst ?DNA levert de sleutel tot proteïnen via transcriptie naar RNA,gevolgd door de translatie .Maar DNA heeft proteïnen nodig om de werking aan te vatten.Wie was dus eerst ? DNA of Proteïnen ? Om uit dit dilemma te kunnen ontsnappen begonnen de wetenschappers de hypothese van "RNA eerst" serieus te overwegen.Deze moleculen zouden eerst komen en de rest zou volgen.Maar is dit wel zo ? Er zijn nog wel andere hypothesen zoals verder zal blijken.
3-"HOW DID LIFE BEGIN ?".
In het nummer van TIME van 11.10.1993 geeft J.M.Nash/La Jolla een interessant overzicht van deze problematiek.Dit kan men vinden via: http://www.time.com (Archive:J.Madeleine Nash). Hier volgen enkele citaten:
-"An ancient ancestor may have been a simple,sturdier (robuust,sterk) precursor of modern RNA,which along with nucleic acid DNA,its chemical cousin,carries the genetic code in all creatures great and small."
-"....Although Miller's famous experiment produced the components of proteins,more and more researchers believe that a genetic master molecule-probably RNA- arose before protein did."
-"Could then overheated spots (hydrothermal vents in the depth of the oceans)have been the places where life on earth got started ? This "hot world" hypothesis has won many converts....Still a question remains : did life originate in the vents,or just migrate there ?."
-"Tiny spheres,known as vesicles,would have provided an ideal setting for chemical reactions and could have been precursors of the first cells-Once you have these little vesicles,you're on the way to life (Harold Morowitz)-."
-"Which came first,though,the membrane or the metabolism ? Günter Wächtershauser believes that what we call life began as a series of chemical reactions between certain key organic molecules.Instead of being enclosed in a membrane, they might have been stuck like pins in a cushion on the surface of some accomodating material (pyrite ?)..."
A.G.Cairns-Smith thinks the answer may lie in ordinary clay.Clay or mineral crystals could have served as molecular molds that incorporated lifes's building blocks and organized them in precise arrays.
-Chicken-and- egg problem. -"One solution was that certain RNA molecules can act both as blueprints and catalysts,stimulating reactions between themselves and other molecules." (RNA world)
-"To qualify as living,a molecule would need to have the ability to reproduce (replicate) without outside help."
4-"THE ORIGIN OF LIFE ON THE EARTH." LESLIE ORGEL,Scientific American,october 1994, p.77.
-"Growing evidence supports the idea that the emergence of catalytic RNA was a crucial early step.How that RNA came into being remains unknown."
-"For much of the 20th century,origin -of-life research aimed to flesh out Darwin's private hypothesis-to elucidate how,without supernatural intervention,spontaneous interaction of the relatively simple molecules dissolved in the lakes or oceans of the prebiotic world could have yielded life's last common ancestor."
-"In the late 1960's we (C.R.Woese,F.Crick,L.Orgel) independently suggested that RNA might well have come first and established what is now called the RNA-world."
-"In 1983 T.R.Cech and S.Altman discovered the first known ribozymes,enzymes made of RNA."
-"There is good reason to think that the RNA world did exist and that RNA invented protein synthesis....The main task of origin-of-life research then becomes explaining how the RNA world came into being."
-"Chemists are increasingly considering the possibility that RNA was not the first self-replicating molecule on the primitive earth,that a simpler replicating system came first (such as pyranosyl RNA-pRNA-or peptide nucleic acid-pNA)."
-"Whether RNA arose spontaneously or replaced some earlier genetic system,its development was probably the watershed event in the development of life.It very likely led to the synthesis of proteins,the formation of DNA and the emergence of a cell that became life's last common ancestor."
5-"A SIMPLER ORIGIN OF LIFE." ROBERT SHAPIRO. Scientific American ,June 2007,46-53. http://www.robertshapiro.org/
-"The sudden appearance of a large self-copying molecule such as RNA was exceedingly improbable.Energy-driven networks of small molecules afford better odds as the initiators of life."
-"NASA definition of life." Life is a self-sustained chemical system capable of undergoing Darwinian evolution."
-R.Dawkins: "The selfish gene". -"At some point a particularly remarkable molecule was formed by accident .We will call it "The Replicator".It may not have been the biggest or the most complex molecule around,but it had the extraordinary property of being able to create copies of itself."
-"No physical law needs to be broken for spontaneous RNA formation to happen,but the chances against it are so immense,that the suggestion implies that the non-living world had an innate desire to generate RNA."
-"A simpler replicator arose first and governed life in a pre-RNA world.Variations have been proposed in which the bases ,the sugar or the entire backbone of RNA have been replaced by simpler substances,more accessible to prebiotic synthesis."
LIFE WITH SMALL MOLECULES.
-"C.de Duve has called for <a rejection of improbabilities so incommensurably high that they can only be called miracles,phenomena that fall outside the scope of scientific inquiry>.Inanimate nature provides us with a variety of mixtures of small molecules whose behavior is governed by scientific laws,rather than by human intervention."
-"A localized region which increases in order (decrease in entropy) through cycles driven by an energy flow would be considered alive=thermodynamic definition of life : zie verder)." C.Sagan.
-Five requirements for life: a)A boundary is needed to separate life from non-life (Living Cell). b)An energy source is needed to drive the organization process (redox reactions). c)A coupling mechanism must link the release of energy to the organization process that produces and sustains life.(linkage is achieved when the reactions share a common intermediate) d)A chemical network must be formed to permit adaptation and evolution (metabolic network). e)The network must grow and reproduce (existence of Darwinian evolution).
-"These systems have usually been classified under the heading "metabolism first",which implies that they do not contain a mechanism for heredity."
6-"THE BEGINNING OF LIFE ON EARTH." Christian de Duve:American Scientist,Sept-Oct.1995
C.de Duve,Nobelprijs winnaar Geneeskunde en Fysiologie,in 1974,is wereldwijd erkend en gewaardeerd als autoriteit op het gebied van de moleculaire biologie.In het hier vermeld artikel,verschenen in American Scientist,geeft hij een merkwaardige en overzichtelijke synthese van de diverse gedachten omtrent de oorsprong van het leven op aarde.Dit overzicht kan dienen als een waardevolle samenvatting van de onderwerpen die behandeld werden in EX LIBRIS/Biologie,1 tot 5. Het is interessant hier bijzondere aandacht te schenken aan zijn hypothese van de "Thioester world" die hij als volgt formuleert:
-"It may well be that clues to the nature of early metabolism exist within modern metabolism (congruence principle !).Several proposals of this kind have been made.This view centers around the bond between sulfur and a carbon containing entity called an acyl group,which yields a compound called a thioester.I view the thioester bond as primeval (oorspronkelijk) in the development of life."
-"The thioester bond is what biochemists call a high-energy bond,equivalent to the phosphate bonds in adenosine triphosphate (ATP) which is the main supplier of energy in all living organisms."
-"The thioester world represents a hypothetical early stage in the development of life that could have provided the energetic and catalytic framework of the protometabolic set of primitive chemical reactions that led from the first building blocks of life to the RNA world and subsequently sustained the RNA world until metabolism took over.....So far ,these ideas are highly speculative but some experimental evidence has been obtained that support the thioester-world model."
Een volledige beschrijving van de hypothese van de "Thioester-world" kan men vinden in: "BLUEPRINT FOR A CELL:THE NATURE AND ORIGIN OF LIFE" C.de Duve Ch 7-Harnessing energy.bl 147-170.
Tenslotte is er een citaat dat aantoont dat C.de Duve' niet akkoord is met de opvatting van Jacques Monod.
-"The process that generated life must have been highly deterministic.In other words,these processes were inevitable under the conditions that existed on the prebiotic earth.....All of which leads to conclude that life is an obligatory manifestation of matter,bounds to arise where conditions are appropriate."
-"Life is a cosmic imperative.The universe is awash (overspoeld) with life."
Opmerkingen: a)Jacques Monod : "Le hasard et la néccessité." (1970) -"The universe was not pregnant with life ,nor the biosphere with man.(cit.C.de Duve.) b)-"Man knows at last that he is alone in the universe's unfeeling immensity,out of which he emerged only by chance." (cit.C.de Duve) Zie ook:Chimie Nouvelle :18,n° 71,09/2000 p.3141. en "VITAL DUST." (1995) C.de Duve.
c)Determinisme. Dit aspect van de evolutie moet met voorzichtigheid gehanteerd worden. De niet-lineaire thermodynamica heeft nieuwe inzichten geopend (bifurcations) (I.Prigogine: zie verder).
d)Determinisme betekent niet -ook niet voor C.de Duve-teleonomie waarbij aangenomen wordt dat de evolutie naar een doel streeft.Doelgerichtheid is niet de essentie van de evolutie.
7-"MOLECULEN ZIJN NIET DOM." (NAWOORD/ADDENDUM) KNACK 02/01/08.
BEGIN DECEMBER 2007 VOND IN BRUSSEL DE 21e CONFERENTIE VAN DE INTERNATIONALE SOLVAY INSTITUTEN.BIJ DEZE GELEGENHEID WAS JEAN-MARIE LEHN (NOBELPRIJS WINNAAR CHEMIE IN 1987) EEN VAN DE VOORAANSTAANDE GASTEN. TIJDENS EEN INTERVIEW MET DIRK DRAULANS VAN KNACK DEED HIJ ENKELE MERKWAARDIGE UITSPRAKEN DIE GOED AANSLUITEN BIJ DE INHOUD VAN DEZE BLOG OVER BIOLOGIE.HIER VOLGEN ENKEE CITATEN WAARIN JEAN-MARIE LEHN REFLECTEERT OVER HET ONTSTAAN VAN HET LEVEN:
-"DE SCHEIKUNDE HEEFT VAN STOF LEVEN GEMAAKT.EERST WAS ER FYSICA,DE ENERGIE.VERVOLGENS ONTSTOND DE MATERIE :DE ATOMEN,DE SCHEIKUNDIGE ELEMENTEN,DIE MET ELKAAR BEGONNEN TE INTERAGEREN,TOT ZE UITEINDELIJK LEVEN CREËRDEN."
LEHN KREEG DE NOBELPRIJS VOOR ZIJN WERK IN DE SUPRAMOLECULAIRE CHEMIE DIE DE ORGANISATIE VAN DE MOLECULEN BESTUDEERT.HIJ INTERESSEERT ZICH VOORAL VOOR HET CONCEPT VAN ZELFORGANISATIE,DAT HIJ "HET BELANGRIJKSTE ASPECT VAN DE EVOLUTIE " NOEMT.
-"....HOEWEL WE NOG ALTIJD NIET ALLE ASPECTEN KENNEN WAARMEE DE EERSTE MOLECULEN UIT HET STOF VAN DE RUIMTE ZIJN GEMAAKT,WETEN WE DAT EEN VAN DE VIER BOUWSTENEN VAN DE GENETISCHE CODE ,VRIJ EENVOUDIG GEMAAKT KAN WORDEN MET VIJF MOLECULEN WATERSTOF CYANIDE,DAT ALGEMEEN IS IN DE INTERSTELLAIRE RUIMTE.DOE DAAR WAT WATER BIJ EN JE KRIJGT EEN TWEEDE VAN DIE BOUWSTENEN / GUANINE."
-"IK BEHOOR TOT DE SCHOOL VAN DEZE DIE DENKEN DAT DE MATERIE OVER EIGENSCHAPPEN BESCHIKT DIE MAKEN DAT ER BIJNA PER DEFINITIE LEVEN MOEST VOORTVLOEIEN."
Dit is een greep uit de talrijke uitspraken van Jean-Marie Lehn over zeer diverse onderwerpen uit dit interview. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- Hiermee wordt het onderwerp Biologie-5 afgesloten.
Astrobiologie,de interdisciplinaire studie van het leven in de ruimte,combineert aspecten van astronomie,biologie en geologie.De focus ligt in eerste instantie op de studie van de oorsprong,de verspreiding en de evolutie van het leven.De voornaamste vragen die de astrobiologie zich stelt zijn: -wat is het leven ? -hoe ontstond het leven op aarde? -welke soorten omgevingen kunnen leven mogelijk maken? -hoe kan men nagaan of leven bestaat op andere planeten?hoe dikwijls kan men verwachten complex leven in de ruimte te vinden? -welk soort leven kan aanwezig zijn op andere planeten? -zal de DNA/Koolstof basis de enige weg naar leven zijn of bestaat er iets anders? -hoe zal leven in dit laatste geval eruit zien? Een hele resem vragen voor deze wetenschappelijke tak. Voor het aanverwant thema "Exobiologie" is er een heel uitgebreide studie verschenen in 2000 met een update van 2006,38 bl: http://biocarb.org/Exobiology.html
RESEARCH RESULTATEN.
Tot 2007 was er geen directe aanwijzing voor leven buiten de aarde.Alhoewel het onderzoek van de meteorieten ALH84001,gevonden op Antarctica en waarschijnlijk afkomstig van Mars,suggereert dat microfossielen op het bestaan van leven op Mars wijzen ,bestaat volledige duidelijkheid echter nog niet.De suggestie,gebaseerd op de aanwezigheid van methaan op Mars,leidt naar een microbiële leven analoog aan de "methanogene" bacteriën op aarde die methaan als bijproduct van hun metabolisme produceren.Andere ontdekkingspogingen via satellieten zijn aan de gang bv. naar Europa,een maan van Jupiter en naar Titan,een maan van Saturnus.Er zijn wel aanduidingen dat er veel potentieel bewoonbare planeten en chemische bouwstenen buiten ons zonnestelsel aanwezig zijn.De satelliet missies met geavanceerde spectroscopische technieken zullen ongetwijfeld interessante gegevens opleveren over andere sterrenstelsels met planeten en asteroïden; ---------------------------------------------------------------------------------------------- PS. In verband met dit soort onderzoek kan men ook de volgende bronnen citeren: -Onderzoekers van de NASA voeren een uitgebreide studie uit waarvan men de gegevens kan vinden in: http://astrobiology.nasa.gov/nai/ (Scientists find clues that life began in deep space)(kometen,meteorieten,interstellaire stof). -NASA Ames Research Center,California's Silicon Valley,Astrochemistry Laboratory-Chemistry and biochemistry ,Univ.California,Santa Cruz. Het is nog veel te vroeg om conclusies te kunnen trekken uit dit onderzoek maar het is bemoedigend dat men niet meer blijft steken bij de Abiogenese van Miller en Urey en dat men geen bijzondere aandacht meer schenkt aan de "panspermia" van Fred Hoyle. ------------------------------------------------------------------------------------------------- Wetenschappers actief op het gebied van de astrobiologie achten leven zoals wij op aarde kennen weinig waarschijnlijk.Microbiële extremofiele organismen daarentegen zouden pleiten voor dit soort leven ergens in de ruimte.
Het volgende citaat van Peter Ward in "Rare Earth :Why complex is uncommon in the Universe." is het vermelden waard: -"How do we define life as we do know it ?Life on earth has DNA ,a specific genetic code <hier is verwarring tussen genome (DNA) en genetic code mogelijk>. It also uses only 20,and the same 20,amino acids.Life is always cellular according to some people,but I think not.I personally define a virus as alive (ketterij !).As for other life,what could it be?Could there be non-DNA life? If such life does exist,what does chemistry permit?Certainly chemistry permits certain types of life on our planet and others not.But when we move out in the solar system,especially in the vast realm of cold,chemistry changes.There could be different information systems,different solvents,different membranes.And as we go from hotter to cold,when we go to Venus,out to Mars,to Europa and to Titan,we really should expect radically different chemistries."
Dit alles is 100% speculatief dus...Wait and See ! Veel speculatie is inderdaad aanwezig in astrobiologie maar het gaat in eerste instantie over hypothesen die moeten passen in bestaande theorïen.Enkele essentiële voorwaarden zijn: -de aanwezigheid van vloeibaar water,van ammoniak (of een mengsel water/ammoniak);deze omgevingen worden beschouwd als geschikt voor koolstof of non-koolstof leven. -verder moet ook een ster in de nabijheid zijn die de kenmerken van de zon vertonen om de bewoonbaarheid op de planeten te garanderen. ---------------------------------------------------------------------------------------------
EXTREMOFIELE ORGANISMEN EN ASTROBIOLOGIE.
Een extremofiel organisme is een vorm van leven dat gedijt in uiterst ruwe omgevingen.Meestal zijn extremofielen microben (archaea).Er zijn er zeer veel typen bekend waarvan hier slechts enkele vermeld worden:
-Acidofielen : organismen die leven bij een pH gelijk of lager dan 3. -Alkalifielen : organismen die leven bij een pH gelijk of hoger dan 9. -Halofielen : organismen die een concentratie van 2M (NaCl) zout dulden om te groeien. -Hyperthermofielen : organismen die weerstaan aan temperaturen tussen 80 en 120°C.(Hydrothermische systemen) -Piezofielen : organismen die optimaal leven bij hoge hydrostatische druk. -Radioresistente organismen : organismen die weerstaan aan hoge dosissen ioniserende straling (UV,nucleaire straling). -Xerofielen : organismen die leven in extremen droge omgeving (woestijnen).
Het bestaan op aarde van extremofiele organismen geeft argumenten aan de astrobiologie. --------------------------------------------------------------------------------------------- EXOPLANETEN.
Er is een zeer intense activiteit te bespeuren op het gebied van de studie van de exoplaneten.Een prachtige illustratie hiervan is verschenen in: Natuur,Wetenschap en Techniek,Nl,Wetenschappelijke bibliotheek 88. F.Casoli,T.Encrenaz : "Exoplaneten : Op zoek naar leven buiten ons zonnestelsel."2007 Recent werd melding gemaakt van het bestaan van een planeet die veelbelovend is voor een mogelijke speurtocht naar buitenaards leven.Er staat nog weinig vast over deze planeet die gesitueerd is in de nabijheid van de ster Gliese 581,een van de sterren die het dichtst bij de zon gelegen zijn (20,5 lichtjaar : een peulschil op astronomisch gebied !)Gliese581 is een klein ,zwak sterretje ,een "rode reus". Mogelijk bewoonbare planeet ,Steven Stroeykens,De Standaard On Line,25.04.07. ---------------------------------------------------------------------------------------------
DE DRAKE VERGELIJKING.
Een schatting van het aantal planeten met (intelligent)(extraterrestrial) buitenaards leven kan bekomen worden met de vergelijking van Drake.Dit is in essentie een vergelijking die de waarschijnlijkheid van intelligent leven schat als het product van een aantal factoren.Men kan een volledige discussie van deze vergelijking van Drake vinden in: http://www.answers.com/topic/drake-equation?cat=technology
N = R* x <f(p)>x<n(e)>x<f(l)>x<f(i)>x<f(c)>xL
N =:aantal beschavingen in onze galaxie met wie we kunnen hopen te communiceren. R*=gemiddelde snelheid van de sterrenvorming in onze galaxie (10/jaar gedurende het leven van de galaxie(gemiddeld). <f(p)>=de fractie van deze sterren die planeten bezitten (0,5) (de helft van alle sterren zullen planeten hebben). n(e)=gemiddeld aantal planeten per ster die mogelijk leven bevatten. (2) (2 planeten per ster). <f(l)>=de fractie van n(e) die op een zeker punt leven vertoont;(1)(100% van de planeten zullen leven bevatten). <f(i)>=fractie ven <f(l)> die effectief intelligent leven bevat;(0.01)(1% van <f(l)> waar leven bestaat). <f(c)>=fractie van de beschavingen die de technologie bezit om hun bestaan in de ruimte bekend te maken.(0.01)(1% van <f(i)> dat signalen kan zenden). L = Tijdsduur van dergelijke beschavingen om signalen van hun bestaan te sturen. (10.000 jaren)(tijdspanne van het bestaan van een beschaving).
Dit geeft voor N de waarde 10 ! !
Alhoewel de benadering in deze vergelijking rationeel lijkt is het weinig waarschijnlijk dat de foutenmlimiet aanvaardbaar klein zal zijn.Interessant te melden is het zogenaamd Fermi paradox ,daarmee wordt gesuggereerd dat,als intelligent leven in het Universum gewoon zou zijn,te verwachten zou zijn dat er tekenen ervan reeds opgespoord waren.Dit alles valt onder projecten zoals SETI. (Search for Extraterrestrial Intelligence). KRITIEK. Omdat er slechts een planeet gekend is met een gevorderde levensvorm zien sommige critici de vergelijlking van Drake als onbetrouwbaar.Nochtans,op basis van ervaring op aarde,zien sommige wetenschappers intelligent leven op andere planeten minstens aanvaardbaar.De vergelijking van Drake is wel gebaseerd op speculatie maar heeft toch als voordeel een dialoog tussen diverse wetenschappelijlke richtingen te stimuleren en het zoeken naar experimentele bevestiging te motiveren.
SLOT.
In de USA heeft G.W.BUSH voor 2007 een reductie voor onderzoek in astrobiologie met 50% gereduceerd.Er is hiertegen een felle reactie gekomen zoals blijkt uit het citaat van Hiroshi Ohmoto ,directeur van het Astrobiology Research Center in Pennsylvania.Dit citaat volgt hier als slot van dit gedeelte.
"ASTROBIOLOGY IS THE REASON WE GO INTO SPACE,TO ANSWER FUNDAMENTAL QUESTIONS ABOUT THE ORIGINS OF LIFE AND HOW IT EVOLVED ,AND WHETHER THERE ARE OTHER PLACES WHERE ORGANISMS ARE LIVING.IT IS THE WHOLE JUSTIFICATION FOR FUTURE SPACE MISSIONS."
VAN DALE GEEFT VOOR PANSPERMIE DE VOLGENDE DEFINITIE: DE HYPOTHESE VAN DE ALOMTEGENWOORDIGHEID IN HET HEELAL VAN LEVENSKIEMEN. IN ANDERE BRONNEN VINDT MEN ANALOGE DEFINITIES VAN PANSPERMIE. -DE THEORIE WAARIN MICROORGANISMEN OF BIOCHEMISCHE COMPONENTEN UIT HET HEELAL (OUTER SPACE) VERANTWOORDELIJK ZIJN VOOR DE OORSPRONG VAN HET LEVEN OP AARDE EN MISSCHIEN OP ANDERE PLAATSEN IN HET UNIVERSUM WAAR GESCHIKTE VOORWAARDEN BESTAAN. -PANSPERMIE IS DE HYPOTHESE DAT KIEMEN ("SEEDS") VAN LEVEN REEDS BESTAAN IN HET UNIVERSUM,DAT LEVEN OP AARDE ZIJN OORSPRONG HEEFT IN DEZE KIEMEN EN DAT ZE OOK LEVEN HEBBEN MOGELIJK GEMAAKT OP ANDERE BEWOONBARE PLAATSEN IN HET HEELAL. PANSPERMIE NOEMT MEN OOK "EXOGENESIS". HIERBIJ MOETEN WEL ENKELE OPMERKINGEN GEMAAKT WORDEN. EERST EN VOORAL DEFINIEERT MEN NIET WAT MEN VERSTAAT ONDER "KIEMEN" .ALS HET GAAT OVER (BIO)CHEMISCHE COMPONENTEN ZOU HET MOGELIJK ZIJN DAT ER VAN WETENSCHAPPELIJKE HOEK WEINIG TEGENSTAND ONTSTAAT. TEN TWEEDE IS HET GEBRUIK VAN HET WOORD "THEORIE" TOTAAL MISPLAATST."HYPOTHESE" IS ECHTER WEL AANVAARDBAAR.IN BIOLOGIE-2 GING MEN IN HET MILLER-UREY EXPERIMENT OP ZOEK NAAR DE MOGELIJKE VORMING OP AARDE VAN DE BOUWSTENEN DIE KONDEN DIENEN VOOR DE SYNTHESE VAN ESSENTIËLE ELEMENTEN VAN LEVENDE ORGANISMEN.MEN GING DAARIN NIET VERDER IN OVER DE OORSPRONG VAN DE MATERIE WAARUIT DEZE BOUWSTENEN WERDEN GEMAAKT.ALLES WERD GEZIEN IN HET KADER VAN DE "ABIOGENESE".IN DIT KADER IS HET OOK INTERESSANT DE GEGEVENS OVER PANSPERMIE ONDER DE LOUPE DE NEMEN.WELKE OORSPRONG VAN HET LEVEN DENKT MEN DAARIN TE VINDEN EN HOE BETROUWBAAR IS DE PANSPERMIE ALS HYPOTHESE ? ENKELE WOORDEN KRITIEK ZIJN DAN OOK NIET MISPLAATST.TENSLOTTE WORDT DE BIJDRAGE VAN FRED HOYLE TOT "PANSPERMIE" KORT BESCHREVEN. __________________________________________________________
2-PANSPERMIE.
Panspermie kan gesitueerd worden in de interstellaire ruimte maar ook in de interplanetaire ruimte (tussen en op de planeten van een zelfde zonnestelsel). Er zijn tot nu toe geen enkele dwingende aanwijzingen pro of contra.Gegeven de hinderpalen voor overleving en transport in de ruimte acht de meerderheid van de geïnteresseerden panspermie als onwaarschijnlijk-meer in het bijzonder in de interstellaire ruimte.Panspermie geeft ook geen uitleg voor de vorming van deze "kiemen" tenzij dat er de tijdspanne en de omgeving drastisch uitgebreid worden ! Men verplaatst enkel de oorsprong van het leven in de tijd.
2.1-EVIDENTIE VOOR DE PANSPERMIE HYPOTHESE.
Het is wel interessant na te gaan op welke evidentie de adepten van de panspermie zich baseren om hun visie kracht bij te zetten.De panspermie hypothese blijft hoe dan ook uiterst moeilijk te testen en blijft daarom voor een groot gedeelte beperkt tot "science fiction" en quasi-godsdienstige kringen (o.a.creationisme en intelligent design).Er zijn echter wel enkele aspecten van de exogenese die aandacht verdienen.Om de evidentie te bewijzen beroept men zich op een reeks feiten die allen niet bewezen zijn en waarover grote twijfel bestaat.Hier volgen enkele voorbeelden ter illustratie. -De fossielen in het Precambrium die als bewijs zouden dienen dat het leven op aarde kort na haar vorming zouden verschenen zijn.Dit is zeker een zeer zwak argument voor panspermie. Andere feiten gaan in dezelfde richting en missen soms alle geloofwaardigheid.Enkel de impact van meteorieten afkomstig van Mars geniet geloofwaardigheid zoals verder zal besproken worden.(2.3) -De evidentie van het bestaan van extremofiele organismen (bacteriën en archaea) suggereert dat leven bestand kan zijn tegen zeer ruwe omstandigheden en kunnen een mogelijkheid bieden voor leven afkomstig uit het heelal maar meer niet.Dit is ook een zwak of op zijn minst onrechtstreeks argument voor panspermie.
KORT SAMENGEVAT LIJKT DE ABIOGENESE DE MEEST PLAUSIBELE OORSPRONG VOOR HET ONTSTAAN VAN DE BOUWSTENEN VAN LEVEN,DE NODIGE ELEMENTEN ZOUDEN EVENTUEEL WEL AFKOMSTIG KUNNEN ZIJN VAN DE RUIMTE VIA IMPACTEN VAN KOMETEN.
2.2-KRITIEK OP PANSPERMIE EN EXOGENESIS.
-Leven zoals wij die kennen vereist koolstof ,stikstof en zuurstof in geschikte hoeveelheden die enkel als de vereiste voorwaarden aanwezig zijn chemische reacties kunnen aangaan.Deze voorwaarden zijn niet wijd verspreid in het heelal. Er is een tijdslimiet die afhankelijk is van de sterren evolutie en van de temperatuur in de sterren en in de ruimte.Dit limiteert de panspermie mogelijkheden tot sommige planetaire omgevingen. -De ruimte is schadelijk voor het leven wegens de blootstelling aan straling (kosmische stralen en radioactiviteit...) en aan zonnewind.Omgevingen zoals in meteorieten en kometen zouden aan deze gevaren kunnen ontsnappen. -Bacteriën zouden de enorme hitte en krachten bij de botsing met de aarde niet overleven maar zouden in het binnenste van meteorieten beschermd kunnen worden.Hier is er wel stof tot discussie en tot de uitbreiding van de abiogenese tot sommige gepriviligeerde buitenaarse omgevingen.Een meer diepgaande discussie van deze materie kan gevonden worden in: http://www.answers.com/topic/panspermia?cat=technology
2.3-MARS,PANSPERMIA AND THE ORIGIN OF LIFE .WHERE DID ALL BEGIN ? J.Kirschvink,B.P.Weiss. http://paleo-electronica.org/paleo/2001_2/editor/Mars.htm
Zeer recent werden in deze publicatie de gegevens omtrent de studie van de Mars meteoriet ALH84001 beschreven.Een grondige analyse ervan leidt tot de conclusie dat leven uit Mars via meteorieten op de aarde zou kunnen aangekomen zijn.Dit is echter een zeer limiterende visie over panspermie want dan moet men nog de oorsprong van de organismen op Mars uitleggen.In dit perspectief zou dus wel een mogelijkheid bestaan om leven op aarde uit de interplanetaire ruimte te aanvaarden.Meer diepgaand onderzoek is echter wel vereist en vooruitgang zou kunnen komen door de geplande satelliet missies naar Mars in de volgende jaren. Dit is echter nog ver verwijderd van wat de adepten van de Panspermie suggereren.
3- FRED HOYLE.
Fred Hoyle (1915-2001) was een engelse sterrenkundige,geboren op 24 juni 1915 in Bingley/Bradford (Yorkshire) en gestorven op 20 augustus 2001 in Bournemouth (Dorset).Hij studeerde in Cambridge waar hij later in 1958 sterrenkunde leraar werd.Hij is vooral bekend door zijn werk in de kosmologie.Zijn theorie van de "Steady State" werd later verworpen omdat ze niet in overeenstemming was met de toen bewezen stand van de kennis in de astronomie zoals de achtergondstraling en de de ontdekking van de quasars en supernovae .Het enige wat overbleef was de benaming "Big Bang" waarmee hij,schertsend,de toenmalige theorie van de oorsprong van het heelal verwierp.Hij is wel zeer bekend geworden door zijn boek "The frontiers of astronomy."(1955) dat op de wetenschappers in de jaren 50 veel indruk heeft gemaakt.Fred Hoyle heeft nooit zijn ongelijk kunnen aanvaarden zoals een echte wetenschapper betaamt als zijn voorstelling niet in overeenstemming te brengen is met de erkende stand van zaken.Fred Hoyle geraakte daardoor op de achtergrond en is steeds een "iconoclast" gebleven zoals ook zal blijken in zijn visie over de evolutie.Fred Hoyle heeft wel zeer baanbrekend werk verricht op het gebied van de evolutie van de sterren en van de nucleosynthese in 1946.Hij werd echter over het hoofd gezien bij de toekenning van de Nobel prijs Fysica (astrofysica) in 1983.Deze prijs ging toen naar zijn medewerker William Alfred Fowler en S.Chandrasekhar.Dit was wel niet zeer fair maar hij moest wel de schuld bij hem zoeken en in zijn dwarse visies over alles en nog wat. Het is hier echter zijn visie over panspermie die in aanmerking komt.
In 1976 formuleerde Hoyle en Wickramasinghe de hypothese dat microorganismen of biochemische derivaten uit de ruimte verantwoordelijk waren voor het leven op aarde en misschien ook op andere plaatsen in het Universum.Dit was de start van de "Panspermie".Fred Hoyle maakte dikwijls zeer rare en controverisiële uitspraken o.a. over de oorsprong van epidemieën op aarde.Zijn gedachten op dit gebied werden meestal gezien als fantazieën door de meeste wetenschappers.In verband met de evolutie theorie van Darwin schreef Fred Hoyle: -"We owe our existence to another intelligence which created a structure of life as part of a deliberate plan." -"A common sense interpretation of the facts suggests that a super intellect has monkeyed with physics ,as well as with chemistry and biology,and that there are no blind forces worth speaking about in nature...."
Als dit geen pleidooi is voor "Intelligent Design" avant la lettre ! ! ! De adepten van ID lieten de kans niet liggen om van Fred Hoyle hun coryfee te maken.
Als besluit mogen wij stellen dat Fred Hoyle een uitstekende wetenschapper was maar dat hij op sommige gebieden (astronomie-"steady state";biologie-panspermie) volledig verkeerde wegen insloeg en zijn ongelijk nooit wilde erkennen.Gelukkig is de nucleosynthese en de evolutie van de sterren hem zeer veel dankbaar.Hij genoot wel het voordeel van een rechtschapen man te zijn en werd o.a.in de engelse wetenschap gewaardeerd door zijn benoeming tot "Fellow of the Royal Society" in 1957.
PS. Over zijn link met "Intelligent design" en de wetenschappelijke weerlegging ervan ,zie:"Fred Hoyle's The Intelligent Universe.A summary and review." G.Korthof 1999+2006.
Het is beter dit onderwerp hier af te sluiten en te verwijzen naar volgende berichten over exobiologie,astrobiologie en extremofielen. -------------------------------------------------------------------------------------------
ADDENDUM- ASTROCHEMIE.
In het voorgaand bericht werd verwezen naar de mogelijkheden die uit de ruimte zouden bestaan om bepaalde bouwstenen die het ontstaan van het leven op aarde kunnen helpen verklaren.Sluitende argumenten werden nog niet gevonden maar gedurende de laatste jaren is er een overvloed aan experimentele gegevens bekend geraakt.Zoals in iedere vak van de natuurwetenschappen zijn hier ook de vooruitgangen in de meet technieken van doorslaggevende betekenis geweest,vooral op het gebied van de spectrometrie en van de radioastronomie Dit heeft aanleiding gegeven tot een nieuw onderzoekdomein die men specifiek :"Astrochemie" gaat noemen.
"De ruimte als reageerbuis." Natuur,Wetenschap en Techniek oktober 2008, bl.40 (E.Meulenbroek). "Tot grote verbazing van astronomen en chemici bleken er losse moleculen door de zwarte ruimte te zweven.Inmiddels begint duidelijk te worden hoe er tussen de sterren zelfs complexe moleculen kunnen ontstaan die leven op aarde mogelijk maken."
(Laboratorium voor astrofysica,Leids Sterrewacht,Nl)
-"We bootsen hier de omstandigheden na die voorkomen in de ruimte tussen de sterren om de chemie die daar plaats vindt te leren begrijpen." -"Onderzoek naar complexe moleculen in de ruimte kan namelijk een tipje van de sluier oplichten over het ontstaan van het leven op aarde en elders in het heelal " (Harold Linnartz).
In 1937 werd de eerste molecule gevonden,het radicaal CH*.Sindsdien zijn er nog veel meer moleculen aangetroffen via spectroscopische en vooral radio-astronomische waarnemingen.De teller staat inmiddels op 154 stoffen.Sinds de jaren 70 vermoeden de wetenschappers dat stofdeeltjes (silicium- en koolstof houdende korreltjes van een fractie van 1 micrometer) een rol spelen als katalysator.Metingen met het Infrarood Space Observatory van ESA,de Very Large Telescope in Chili en de Infrarood-telescoop Spitzer van NASA bevestigen dat de stofdeeltjes inderdaad bestaan. Niet alleen in ruimtewolken vindt chemie plaats ,ook in de schijven rond sterren die uit de dichte wolken ontstaan gebeurt van alles.(protoplanetaire schijven). (Ewine van Dishoeck,Astrofysica,Leiden) -"Acetyleen en waterstof cyanide, in combinatie met water ,zijn elementaire bouwstenen voor DNA en aminozuren.Deze organische moleculen kunnen op planeten terecht komen en een bijdrage leveren aan het ontstaan van het leven."
Stukjes planetoïden komen zo af en toe als meteorieten aan op aarde.In meteorieten zitten veel verschillende moleculen die nodig zijn voor het ontstaan van leven.Kant en klaar aminozuren,nucleobasen,bouwstenen van DNA en RNA werden gevonden in de Murchison-meteoriet,inderdaad afkomstig van buiten de aarde (1969-Australïe).
-"Nucleobasen zouden ook uit de ruimte kunnen ontstaan ,maar we weten dat ze erg gevoelig zijn voor afbraak door de daar aanwezige UV straling.Binnenin de planetoïden zijn ze daartegen beschermd.Daar kunnen ze dus gemakkelijk ontstaan en stabiel blijven."(Zita Martins : Imperial College ,London).
De hamvraag is natuurlijk: hebben die moleculen uit de ruimte ook gezorgd voor het ontstaan van leven op aarde?Aan het ene uiterste staan onderzoekers die menen dat de natuur met een nagenoeg lege scheikunde-bouwdoos begon aan het maken van leven;aan de andere uiterste staan aanhangers van de zogeheten "panspermie" -theorie die denken dat het leven in de vorm van kant en klare microben op aarde is neergedwarreld.
Harold Linnatrz.-"Een deel van de moleculen uit de ruimte komt terecht op de planeet.Daar kunnen ze een bijdrage leveren aan het ontstaan van het leven.Het is een goede basis voor de chemie op een planeet.Maar het huidige begrip van astrochemie en het ontstaan van het leven ...daar zit nog een lichtjaar tussen ! ".
Zita Martins.-"We weten natuurlijk niet precies welke bijdrage buitenaards materiaal heeft gespeeld bij het ontstaan van het leven maar het was zeker belangrijk.Zo'n 4,5 tot 3,8 miljard jaar geleden was het laatste zware "bombardement" (periode van heftige meteorieten inslag).Toen is er veel materiaal uit de ruimte op aarde gekomen en dat kan een grote invloed hebben gehad op het ontstaan van het leven,wat vlak na het "bombardement" gebeurde !."
De zoektocht naar de bijzondere chemie in de ruimte gaat verder.De aanvankelijke verbazing van astronomen en chemici maakt plaats voor fascinatie voor de complexe moleculen die daar blijken te zijn ! . .
