"LIFE IS AN OBLIGATORY MANIFESTATION OF THE COMBINATORIAL PROPERTIES OF MATTER."C.de DUVE. "LIFE IS VERY MUCH CONSTRAINED BY ITS CHEMISTRY,WHICH WAS ITSELF RULED BY DETERMINISTIC FACTORS."C.de DUVE "NO VITAL FORCES,ONLY CHEMICAL BONDS UNDERLIE LIFE." L.PAULING "THE MODERN DEFINITION OF ABIOGENESIS IS CONCERNED WITH THE FORMATION OF THE EARLIEST FORMS OF LIFE ON EARTH FROM PRIMORDIAL CHEMICALS." ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 1-STANLEY LLOYD MILLER. (1930-2007).
Stanley Miller werd in Oakland (California,USA) op 7 maart 1930 geboren.Hij was een scheikundige die ook als bioloog bekend staat voor zijn studie over de oorsprong van het leven.Tijdens zijn studiejaren belandde hij aan de Universiteit van Chicago waar hij werkte onder de leiding van Harold Urey.In de periode rond 1950 was de studie van de scheikundige vorming van de prebiotische bouwstenen die later moeten dienen voor de synthese van de belangrijkste moleculen van de levende organismen,de proteïnen en de nucleïnezuren,aan de orde.Het was dan ook niet verwonderlijk dat zijn onderzoek in Chicago daaraan gewijd werd.In 1953 publiceerde hij zijn resultaten in een beroemd werk:"A Production of Amino Acids Under Possible Earth Conditions."Deze publicatie maakte zeer grote indruk op de scheikundige wereld in 1953 (dit was ook het geval voor de opsteller van dit bericht in 1953 die toen zijn scheikundige studie volbracht) verder was Stanley Miller een echte tijdsgenoot (°1930) en hij volgde een bijna parallele loopbaan).Stanley Miller maakte toen bekend wat sindsdien steeds als het "Miller-Urey Experiment" genoemd werd.
2-HET MILLER-UREY EXPERIMENT.
De wetenschappers gingen tijdens deze periode ervan uit dat de essentiële bouwstenen voor de latere verschijning van het leven op aarde afkomstig moesten zijn van niet-levende materie.Dit noemt men zeer algemeen de ABIOGENESE. (Spontane generatie van leven uitgaande van levenloze materie-non biological origin).Er zijn verschillende hypothesen om deze abiogenese te verklaren waaronder de werken van Miller en Urey vallen.De initiatoren van deze denkrichting waren A.I.Oparin en J.B.S.Haldane in de jaren 30 van de 20e eeuw.De bouwstenen zouden ontstaan zijn in de "oersoep" (=primordial soup). Deze "primordial soup" is een vloeistof rijk aan organische componenten die onder geschikte omstandigheden tot de verschijning en de uitbreiding van levende organismen kan leiden.De oersoep (primodial sea or ocean) was aanwezig in de allervroegste periode van de geschiedenis van de aarde en bestond vanaf het begin van het precambrium en duurde tot het heel vroeg paleozoïcum. Het Miller-Urey experiment is een simulatie van de hypothetische voorwaarden die op de aarde toen heersten.Uiteraard moesten de onderzoekers uitgaan van de toen meest aanvaardbare premissen.De ingredienten van het experiment waren water,methaan,ammoniak en waterstof (deze drie laatsten in analogie met wat er op Jupiter en Saturnus aanwezig is).Water werd tot verdampingstemperatuur gebracht en het geheel werd onderworpen aan elektrische ontladingen onder hoogspanning (analoog met bliksems in een atmosfeer vol met waterdamp) en aan intens UV licht.Het experiment werd continu uitgevoerd gedurende een week.Daarna stelden de onderzoekers vast dat 10 tot 15% van de koolstof in het systeem onder de vorm van organische moleculen teruggevonden werd.2% van de koolstof vormde aminozuren ,13 van de 22 die dienen voor de synthese van proteInen.Van deze aminozuren was glycine het meest aanwezig.Naast aminozuren werden ook suikers,lipiden (vetten) en sommige voorlopers van nucleÏnezuren gevonden.Dit was op zich een markante vaststelling.Zo zijn de aminozuren de basiselementen voor de bouw van de proteïnen en de voorlopers van de nucleïnezuren de basiselemeneten van wat later RNA en DNA zou worden.Het experiment van Miller en Urey werd toen zeer kritisch geanalyseerd en,om enkele varianten te onderzoeken,werden diverse andere voorwaarden voor het experiment aangenomen.Wat er ook van zij,het bleek duidelijk dat in de oersoep de voorwaarden aanwezig waren om uit niet-levende materie essentiële bouwstenen van het leven aan te treffen. De experimenten van Miller en Urey zijn niet de enige pisten voor abiogenese. Andere richtingen werden ook bestudeerd en zullen verder beschreven worden (bv.panspermia en klei hypothese).Buiten het feit dat het bestaan van het leven een triviale waarneming is,kan men moeilijk de abiogenese bewijzen en falsifieren.Daarom is de hypothese onderworpen aan kritiek zowel in de wetenschappelijke als in de niet-wetenschappelijke kringen.Niet-falsifieerbaar betekent ,in de zin van Karl Popper,dat de abiogenese geen theorie is maar een eventueel aanvaarbare hypothese.Het onderzoek gaat echter nu nog verder. Er zijn sommige aanwijzingen dat de oorsponkelijke atmosfeer van de aarde minder reducerend was dan gepostuleerd door Miller en Urey.Als resultaat van belangrijke vulkaanuitbarstingen ,zowat 4 miljard jaar geleden,kwam CO2 ,stikstof,waterstofsulfide en zwaveldioxide in de atmosfeer.De incorporatie van deze gassen in een Miller-Urey experiment leverde meerdere diverse moleculen.Het gaat echter steeds in de zin van de abiogenese zoals bij de oorspronkelijke Miller-Urey versie.Enkel de aanwezigheid van zuurstof zou nadelig kunnen zijn maar dit gas was er toen enkel in zeer beperkte mate aanwezig.Rond deze problematiek van zuurstof is er toen controverse ontstaan.
Een ander experiment in de geest van Miller en Urey werd uitgevoerd door Joan Oro i Florensa ,een spaans-catalaans biochemicus (1923-2004).Een van zijn belangrijkste bijdragen was het aantonen van de prebiotische synthese van de nucleïne base -adenine-,een sleutelelement voor de bouw van de nucleïnezuren,uitgaande van waterstof cyanide ( blauwzuur).Hij vond ook dat aminozuren konden gevormd worden uitgaande van blauwzuur,ammoniak en water.J.Oro was de eerste wetenschapper die de hypothese formuleerde dat de organische moleculen voor de prebiotische synthese in de heel vroege atmosfeer van de aarde door de inslag van kometen werd aangebracht(1961).Water als essentieel element voor het leven op aarde zou ook via kometen geleverd worden.Deze visie over de rol van de kometen wordt nu algemeen aanvaard. ---------------------------------------------------------------------------------------------------
4-KRITIEK VAN DE ABIOGENESE.[HUBERT P.YOCKEY]
Hubert P.Yockey (°1916) is een fysicus en een informatie theoreticus.Hij bestudeerde de implicatie van de informatie theorie in de biologie.Hij is zeer kritisch ten overstaan van de oersoep theorie voor de oorsprong van het leven en poneert dat de oorsprong van het leven een vraagstuk is dat op wetenschappelijke wijze onoplosbaar is.Het is niet te verwonderen dat dergelijke uitspraak gretig door de creationisten en door de adepten van "Intelligent design" overgenomen werd om hun visie te staven.Helemaal ten onrechte zoals Yockey aantoonde.Hij was zelf helemaal geen "creationist" en weerlegde volledig alle beweringen uit deze richtingen. -----------------------------------------------------------------------------------------------------
Biologie-1-Ontstaan van het leven op aarde/Scenario/Citaten.
1-SCENARIO-DE TIJDSCHAAL VAN HET LEVEN OP AARDE.
Het thema Biologie/Ontstaan van het leven op aarde wordt best aangevat met een verwijzing naar een tijdschaal van de gebeurtenissen in de kosmos van bij het begin tot heden.Immers alles wat betreft het ontstaan van het leven is nauw verbonden met de kosmos en de evolutie,thema's die reeds uitvoerig besproken werden.
TIJDSCHAAL.
A-15 miljard jaar: Men situeert het begin van de kosmos tussen 10 en 20 miljard jaar geleden,bij de Big Bang.De exacte datum is uiteraard niet te achterhalen en daarom houdt men zich hier aan de meest waarschijnlijke startperiode.Gedurende 6 miljard jaar traden er dan enorme ontwikkelingen op in de kosmos.
B-9 miljard jaar: Tijdens de 6 eerste miljard jaar van de evolutie van de kosmos ontstaat onze galaxie:de Melkwegstelsel.
C-6 miljard jaar: In onze Melkwegstelsel ontstaat de zonnestelsel (de zon en de planeten).
D-4,5 miljard jaar: De aarde wordt stilaan de derde planeet van het zonnestelsel,gezien van de zon, en ondergaat een stormachtige ontwikkeling.In het begin was de aarde een levenloze planeet.
E-3,8 miljard-570 miljoen jaar: DE PRECAMBRIUM PERIODE. Ongeveer 1 miljard jaar later waren organismen aanwezig die complex genoeg waren om microfossiele sporen achter te laten in het gesteente uit die tijd.Omstreeks 3 miljard jaar geleden waren de eerste cellulaire levensvormen op aarde eenvoudige cellen zonder kernen (de prokaryoten) die in het water leefden.Daartoe behoorden verschillende soorten bacteriën.De fossielen,gekend als stromatolieten,ontstonden door het neerslaan van mineralen in de gelaagde matten van blauwwieren en bacteriën.2 miljard jaar later begonnen de blauwwieren zuurstof te produceren tijdens de fotosynthese die snel dominant ging worden.Vanaf deze periode is het leven op aarde in het PRECAMBRIUM.Eenvoudige clusters bestaande uit cellen met een kern (de eukaryoten) waren rond 850 miljoen jaar geleden aanwezig.
F-PALEOZOÏCUM
F 1-CAMBRIUM PERIODE.(570-500 miljoen jaar). Op het einde van het precambrium start het cambrium.Toen ontstond een plotselinge opbloei van complexe diersoorten.Het waren voornamelijk ongewervelde organismen die een snelle differentiatie ondergingen.Het leven was toen nog steeds in de zee.
F 2-ORDOVICIUM PERIODE.( 500-440 miljoen jaar) Het ORDOVICIUM was de periode van de trilobieten (schaaldieren met drie lobben) waarvan het ontstaan op het einde van het CAMBRIUM begonnen was.Het leven was nog steeds in de zee.
F 3-SILUUR PERIODE.(440-410 miljoen jaar) Deze periode is gekenmerkt door de verschijning van landplanten en kaakloze vissen.De ongewervelde dieren deden hun intrede op het land.Het leven kwam stilaan uit de zee.
F 4-DEVOON PERIODE.(410-365 miljoen jaar ) Het DEVOON was de periode waarin varens,zaadplanten ,insekten,vissen met kaken en amfibieën begonnen uitbreiding te kennen.
F 5-CARBOON PERIODE.(365-290 miljoen jaar) Uitgebreide verschijning van de naaktzadige planten (gymnospermen),van de vliegende insekten en begin van de reptielen.
F 6-PERM PERIODE.(290-245 miljoen jaar) De evolutie van de levende organismen die in het Carboon begonnen was ,ging nu onverminderd voort en nam verdere uitbreiding.Vooral de reptielen gingen zich laten gelden.Men zag toen ook de dinosauriërs en de eerste zoogdieren verschijnen.
G-MESOZOÏCUM
G 1-TRIAS PERIODE.(245-210 miljoen jaar) Voortzetting van de PERM periode met het uitsterven van de trilobieten en de overheersing van de dinosauriërs.
G 2-JURA PERIODE.(210-140 miljoen jaar) De levensvormen van het TRIAS gingen gewoon door.De vogels verschenen en de zoogdieren kenden een verdere uitbreiding.
G 3-KRIJT PERIODE.(140-65 miljoen jaar) Karakteristiek voor het KRIJT is de verschijning van de bloemplanten (angiospermen).
H-KENOZOÖICUM.
H 1-TERTIAIR.
H 1/1-PALEOCEEN PERIODE.(65-55 miljoen jaar) De ammonieten (fossiele schaaldieren met opgerolde schaal in de vorm van een ramshoorn) en de dinosauriërs stierven uit terwijl de zoogdieren zich bleven verspreiden en differentieerden zodat ook de eerste primaten op het toneel traden.
H 1/2-EOCEEN PERIODE.(55-38 miljoen jaar) In de groep van de primaten ontstonden de halfapen,de breedneusapen en de smalneusapen (40 miljoen jaar).
H 1/3-OLIGOCEEN PERIODE.(38-25 miljoen jaar) Periode van de eerste grassen en begin van de hominoIden (30 miljoen jaar).
H 1/4-MIOCEEN PERIODE.(25-5 miljoen jaar) Halfapen(spookdiertje),breedneusapen(slingerapen),smalneusapen (bavianen).
H 1/5-PLIOCEEN PERIODE.(5-2 miljoen jaar) Begonnen rond 10 miljoen jaar in het MIOCEEN ging de uitbreiding van de hominoïden in de plioceen periode voort.
H 2-QUARTAIR
H 2/1-PLEISTOCEEN PERIODE.(2 miljoen-10.000 jaar) Verdere uitbreiding van de primaten en mensapen waaronder de hominoïden zoals gibbon,orang-oetang,chimpansee en daarna diverse soorten mensen,tot aan de Homo Sapiens.
H 2/2-HOLOCEEN PERIODE (10.000 jaar tot heden) De laatste periode ,tot heden,die een uitbreiding van de primaten kende en de verspreiding over de hele wereld van enkele soorten "Homo",om te culmineren met "Homo Sapiens".(onder andere ook Homo Erectus als eerste ?)
De wetenschap die deze tijdschaal indeling mogelijk maakte is de paleontologie,de studie van de fossielen gekoppeld aan de geologische datering.Voor de allerlaatste periode,van de holoceen tot heden,is de archeologie een onmisbare wetenschap geworden.
2 -CITATEN.
"Sinds onze verre voorouders,de rechtopstaande primaat,op de wereld verscheen heeft hij altijd antwoorden gezocht voor wat er zich voor hem afspeelde.De evolutie van zijn hersenen naar meer cognitieve eigenschappen heeft de "Home Sapiens" een "Homo Interrogans" gemaakt. (Mark Eyskens).
Vooraleer diverse denkpisten ivm het ontstaan van het leven te behandelen is het interessant een aantal markante uitspraken over dit thema te citeren.
2.1-ALGEMEEN. -"Life is the most complex phenomenon known to us and we are the most complex being sofar produced by life." C.de Duve,"Vital Dust : Life Evolving." -"We can accept that life is a very probable physico-chemical event that will appear soon after the prerequisite conditions are met." A.Delsemme,"Our cosmic origins." -"The history of life shows perpetual changes which we call evolution." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson:"Integrated principles of zoology."
2.2-CHEMISCHE BASIS VAN HET LEVEN EN REPRODUCTIE. -"Life is an obligatory manifestation of the combinatorial properties of matter." C.de Duve:op.cit. -"Biological information is based on chemical complementarity;every facet of life depends on molecules that "recognize" each other." C.de Duve:op.cit. -"Life is very much constrained by its early chemistry,which was itself ruled by deterministic factors." C.de Duve: op.cit. -"No vital forces ,only chemical bonds underlie life." Linus Pauling(from J.Watson:"A passion of DNA. ") -"Bijna alle facetten van het leven worden op moleculair niveau geconstrueerd en zonder de moleculen te begrijpen,kunnen we alleen maar een oppervlakkig begrip van het leven zelf krijgen." Francis Crick: "What mad pursuit." (1988) -"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: op.cit. -"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. -"Reproduction is one of the ubiquitous miracle of life." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson: op.cit. -"I talked about life as the emergence of self-reproducing molecular systems." Stuart Kauffman:"The adjacent possible." -"The modern definition of abiogenesis is concerned with the formation of the earliest forms of life on earth from primordial chemicals." (abiogenesis=supposed development of living organisms from non-living matter) www.answers.com/main/abiogenesis www.answers.com/main/origin of life -"The true purpose of DNA is to survive,no more,no less." Richard Dawkins: "The Selfish Gene.".
2.3-LICHT EN LEVEN. -"By means of light, the benevolence of the Deity has filled the earth with organization,sensation and intelligence." A.Lavoisier. -"What drives life is....a little current kept up by sunshine." A.Szent-György .
2.4-DE BIOLOGISCHE CEL. -"The cell is viewed as the basic unit of living systems." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson : op.cit. -"The cell theory is one of the great uniforming concepts of biology.Cells are the fabric of life;there is no life without cells." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson: op.cit. -"Elke levende cel draagt de ervaring van miljoenen jaren experimenteren door zijn voorouders met zich mee." Max Delbrück.
2.5-THERMODYNAMICA EN LEVEN. -"Dissipative stuctures that are needed for life can be developed from scratch with no previous information needed,by using Eigen's hypercycles to set in motion the evolution of species and the survival of the fittest at an extraordinary simple chemical level."(cfr.I.Prigogine) A.Delsemme:op.cit. -"Life essentially relies on dissipative structures (open systems) or on non-linear dynamics."(cfr.I.Prigogine) A.Delsemme.op.cit. -"The second law of thermodynamics is not violated ,it is simply held at bay(=prevented to happening) by life on earth which uses the continuous flow of solar energy to maintain a biosphere of high internal order at least for the period of time that life exists on earth." C.P.Hickman,L.S.Roberts,A.Larson: op.cit. -"The complex systems best able to adapt are those poised(zwevend) on the border between chaos and disorder." Stuart Kauffman. op.cit. -"You cannot do a work cycle at equilibrium,meaning that the concept of an autonomous agent is inherently a non-equilibrium concept."(cfr.I.Prigogine) Stuart Kauffman: op.cit. -"The biosphere is one of the most complex things in the universe,necessitating a theory of organization that describes what a biosphere is busy doing,how it is organized,how work is propagated,how constraints are built and how new sources of free energy are detected." Stuart Kauffman:op.cit. -"My tentative definition of a living thing is that it is self-reproducing and does at least one thermodynamic cycle." Stuart Kauffman.op.cit. ----------------------------------------------------------------------------------------------------- ADDENDUM.
Uitspraken van een filosoof (Leo Apostel) (1925-1995) en van een wetenschapper/fysicus (Freeman Dyson) (°1923) over het ontstaan van het leven.
-"De basisbouwstenen van het leven zijn scheikundige stoffen die in specifieke scheikundige processen interageren." Leo Apostel:belgische filosoof (1925-1995) in "Oorsprong:Inleiding tot een metafysica van het ontstaan van mens,leven en heelal."(2000),Hoofdstuk 3-Het ontstaan van het leven.
-"In de levende cel zijn de essentiële elementen de proteïnen die metabolisme verzorgen en de nucleïne zuren die replicatie beheeren." Leo Apostel,op.cit.
-"De oorsprong van het heelal is in tijd en ruimte ver verwijderd van de oorsprong van het leven.Het vroege heelal is biologisch leeg.Dit lijkt zeker waar.Al is de oorsprong van het heelal geen onmiddellijke oorzaak van de oorsrong van het leven toch kan deze oorsprong zijn: -dat op korte of lange termijn in een zo ontstaan systeem apodictisch (onbetwistbaar) leven zal verschijnen en -dat ,als in zulk systeem leven verschijnt,het slechts op bepaalde manieren kan verschijnen en onder bepaalde voorwaarden." Leo Apostel,op.cit.
-"Life is capable of making itself at home in every corner of the universe,just as it made itself at home in every corner of this planet." Freeman Dyson:"Infinite in All Directions-Part I-Life in the universe."(1988), "Origins of Life." (1986).
-"Life is organization,rather than substance." Freeman Dyson:op.cit.
-"Eigen made RNA using a protein but no RNA and Orgel made RNA but no protein.In living cells life made RNA using both RNA and protein.If we suppose that RNA was the original living molecule,than to understand the origin of life it has to make RNA using neither RNA nor protein.Neither Eigen nor Orgel has come close to achieving this goal." Freeman Dyson: op.cit. zie ook www.edge.org/documents/lif/Life.pdf "Life : What a concept !
De meeste van deze uitspraken zullen in extenso behandeld worden in volgende paragrafen van EX LIBRIS (blog).
