Sinds het bescheiden begin heeft het leven de hele planeet besmet met ontelbare prachtige vormen. De oorsprong van het leven is de oudste biologische gebeurtenis en is zo oud dat er geen duidelijk bewijs is overgebleven behalve het bestaan van het leven zelf. Dit laat veel vragen onbeantwoord, en een van de meest opwindende is hoe vaak leven op magische wijze is ontstaan uit niet-levende elementen.
Is al het leven op aarde maar één keer geëvolueerd, of zijn er verschillende wezens ontstaan uit verschillende substanties? De vraag hoe moeilijk het is om leven te vormen is interessant – niet in de laatste plaats omdat het licht kan werpen op de waarschijnlijkheid van het vinden van leven op andere planeten.
De oorsprong van het leven is een centrale vraag in de moderne biologie en waarschijnlijk de moeilijkste om te bestuderen. Deze gebeurtenis vond vier miljard jaar geleden plaats en vond plaats op moleculair niveau, wat betekent dat er weinig fossiel bewijs over is.
Er is veel levendig begin gesuggereerd, van onsmakelijke oersoepen tot de ruimte. De huidige wetenschappelijke consensus is echter dat leven is ontstaan uit niet-levende moleculen in een natuurlijk proces dat abiogenese wordt genoemd, hoogstwaarschijnlijk in de duisternis van diepzee hydrothermale bronnen. Maar als het leven eenmaal is ontstaan, waarom dan niet meerdere keren?
Wat is abiogenese?
Wetenschappers hebben verschillende opeenvolgende stappen voor abiogenese voorgesteld. We weten dat de aarde rijk was aan verschillende chemicaliën, zoals aminozuren, een soort molecuul genaamd nucleotiden of suikers, die de bouwstenen van het leven zijn. Laboratoriumexperimenten zoals het legendarische Miller-Urey-experiment hebben aangetoond hoe deze verbindingen zich op natuurlijke wijze kunnen vormen onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die op de vroege aarde. Sommige van deze verbindingen kunnen ook de aarde hebben bereikt door meteorietinslagen.
Deze eenvoudige moleculen combineren zich vervolgens om complexere moleculen te vormen, zoals vetten, eiwitten of nucleïnezuren. Belangrijk is dat nucleïnezuren, zoals dubbelstrengs DNA of zijn enkelstrengs neef-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 hypothese van de “RNA-wereld” suggereert dat het vroege leven, vóór de opkomst van DNA en eiwitten, RNA mogelijk heeft gebruikt als materiaal voor zowel genen als replicatie.
Zodra een informatiesysteem zichzelf kan kopiëren, treedt natuurlijke selectie in werking. Sommige van de nieuwe kopieën van deze moleculen (die sommigen “genen” zouden noemen) hebben fouten of mutaties, en sommige van deze nieuwe mutaties verbeteren het replicatievermogen van de moleculen. Daarom zullen er in de loop van de tijd meer kopieën van deze mutanten zijn dan van andere moleculen, waarvan sommige nieuwe mutaties blijven verzamelen, waardoor ze nog sneller en vaker verschijnen, enzovoort.
Uiteindelijk ontwikkelden deze moleculen waarschijnlijk een lipide (vet) grens die de binnenomgeving van het organisme scheidde van de buitenkant, waardoor protocellen werden gevormd. Protocellen zouden de moleculen die nodig zijn voor biochemische reacties beter kunnen concentreren en organiseren, waardoor een gecontroleerd en efficiënt metabolisme mogelijk wordt.
leven in herhaling?
Abiogenese kan meer dan eens zijn gebeurd. De aarde had meerdere keren zelfreplicerende moleculen kunnen voortbrengen, en misschien was het vroege leven gedurende duizenden of miljoenen jaren gewoon een verzameling van verschillende zelfreplicerende RNA-moleculen van onafhankelijke oorsprong die strijden om dezelfde bouwstenen. Helaas, vanwege de oude en microscopische aard van dit proces, zullen we het misschien nooit weten.
Veel laboratoriumexperimenten hebben met succes verschillende stadia van abiogenese gereproduceerd en bewezen dat ze meer dan eens kunnen voorkomen. We hebben echter geen zekerheid dat deze zich in het verleden hebben voorgedaan.
Een gerelateerde vraag zou kunnen zijn of terwijl je dit artikel leest, er nieuw leven ontstaat door abiogenese. Dit is echter zeer onwaarschijnlijk. De vroege aarde was onvruchtbaar voor leven en de fysische en chemische omstandigheden waren zeer verschillend. Als de ideale omstandigheden voor het ontstaan van nieuwe zelfreplicerende moleculen vandaag ergens op de planeet zouden bestaan, zouden ze onmiddellijk worden vernietigd door bestaand leven.
Wat we wel weten is dat alle bestaande levende wezens afstammen van een enkele gemeenschappelijke ultieme universele gemeenschappelijke voorouder van het leven (ook bekend als LUCA). Als er andere voorouders waren, lieten ze geen nakomelingen achter. Belangrijk bewijs ondersteunt het bestaan van LUCA. Al het leven op aarde gebruikt dezelfde genetische code, wat de overeenkomst is tussen de nucleotiden in DNA die bekend staan als A, T, C en G, en het aminozuur waarvoor ze coderen in eiwitten. Zo komt de volgorde van de drie nucleotiden ATG altijd overeen met het aminozuur methionine.
In theorie hadden er echter meer varianten in de genetische code tussen soorten kunnen bestaan. Maar al het leven op aarde gebruikt dezelfde code, met enkele kleine veranderingen in sommige afstammingslijnen. Biochemische routes, zoals die worden gebruikt om voedsel te metaboliseren, ondersteunen ook het bestaan van LUCA; Veel onafhankelijke routes kunnen in verschillende voorouders zijn geëvolueerd, maar sommige (zoals die gebruikt om suikers te metaboliseren) zijn gemeenschappelijk voor alle levende organismen. Evenzo zijn er honderden identieke genen aanwezig in verschillende levende wezens, wat alleen kan worden verklaard door de overerving van LUCA.
Mijn favoriete steun voor LUCA komt van de Tree of Life. Onafhankelijke analyses, waarvan sommige gebruik maken van anatomie, metabolisme of genetische sequenties, hebben een hiërarchisch patroon van relaties onthuld dat kan worden weergegeven als een boom. Dit laat zien dat we meer verwant zijn aan chimpansees dan aan enig ander wezen op aarde. Chimpansees en wij zijn meer verwant aan gorilla’s, samen met orang-oetans enzovoort.
Je kunt elk organisme kiezen dat je wilt, van de sla in je salade tot de bacteriën in je bioactieve yoghurt, en als je ver genoeg teruggaat in de tijd, heb je een echte gemeenschappelijke voorouder. Dit is geen metafoor maar een wetenschappelijk feit.
Dit is een van de meest verbazingwekkende concepten in de wetenschap: Darwins eenheid van leven. Als je deze tekst leest, ben je hier dankzij een ononderbroken keten van voortplantingsgebeurtenissen die miljarden jaren teruggaan. Hoe opwindend het ook is om te denken dat er altijd leven op onze planeet of elders ontstaat, het is nog opwindender om te weten dat we verwant zijn aan elk levend wezen op de planeet.
Dit artikel is opnieuw gepubliceerd door The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.
Jordi Paps werkt niet voor, geeft geen advies, heeft geen belang in of ontvangt geen financiering van een bedrijf of organisatie die baat zou kunnen hebben bij dit artikel, en heeft geen relevante connecties bekendgemaakt buiten haar academische dienstverband.