Dossier Zelfkennis: de oorsprong van het leven op Aarde, een klein beetje uitgelegd

Gericht aan de eclectici die durven na-denken…
door Tsenne Kikke - vrijdag 26 juli 2024 16:01

Dag beste eclecticus,

In een vorige blog trachtte ik iets naar voren brengen. Of ik daarin ietwat ben geslaagd, weet ik niet. Het doet er niet toe. In ieder geval is het interessant te beseffen wie de afgezanten waren, zijnde: de oorspronkelijke 'scheppers' van al de huidige levensvormen - of, noem het met een klein beetje verbeelding: onze 'aardse goden'. Hoogstwaarschijnlijk kwamen ze uit de ruimte, zijnde de fysieke Wereld-48, verbonden met Wereld-24. Want, zoals je weet, is een 'wonder' iets wiens oorsprong in een hogere wereld te vinden is en zich op Aarde met behulp van het fysieke deel van Wereld-12 manifesteerde.

Iets 'wetenschappelijker' uitgedrukt...

Vandaag de dag vinden we het vanzelfsprekend dat we leven tussen diverse gemeenschappen van dieren die zich met elkaar voeden. Onze ecosystemen zijn gestructureerd door voedingsrelaties, zoals orka's die zeehonden eten, die inktvis eten, die zich voedt met krill, enzovoorts. Deze en andere dieren hebben zuurstof nodig om energie uit hun voedsel te halen. Maar zo was het leven op aarde vroeger niet.

Met een omgeving zonder zuurstof en met een hoog methaangehalte zou de aarde een groot deel van haar geschiedenis geen gastvrije plek zijn geweest. Toch niet voor dieren. De vroegste levensvormen die we kennen waren microscopische organismen (microben) die signalen van hun aanwezigheid achterlieten in gesteenten van ongeveer 3,7 miljard jaar oud. De signalen bestonden uit een soort koolstofmolecuul dat door levende wezens wordt geproduceerd.

Bewijs van microben werd ook bewaard in de harde structuren (stromatolieten) die ze maakten en die dateren van 3,5 miljard jaar geleden. Stromatolieten ontstaan als kleverige matten van microben sedimenten in lagen opsluiten en binden. Mineralen slaan neer in de lagen, waardoor duurzame structuren ontstaan, zelfs als de microben afsterven. Wetenschappers bestuderen de huidige, zeldzame levende stromatolietriffen om de vroegste levensvormen op aarde beter te begrijpen.

Toen cyanobacteriën zich minstens 2,4 miljard jaar geleden ontwikkelden, vormden ze de basis voor een opmerkelijke transformatie. Ze werden de eerste fotosynthetisatoren op aarde die voedsel maakten met behulp van water en zonne-energie en daarbij zuurstof vrijgaven. Dit katalyseerde een plotselinge, dramatische toename van zuurstof, waardoor de omgeving minder gastvrij werd voor andere microben die geen zuurstof konden verdragen.

Bewijs voor deze Grote Oxidatiegebeurtenis is vastgelegd in veranderingen in gesteenten op de zeebodem die 'Banded Iron Formations' (BIF's) worden genoemd. Wanneer ondiep water, verrijkt met zuurstof, zich mengt met diep ijzerrijk water, reageert het ijzer chemisch met zuurstof (het raakt geoxideerd) en vormt ijzeroxide mineralen. Deze mineralen zinken naar de zeebodem en vormen donkere, ijzerrijke lagen in de rotsen.

Na de eerste zuurstofpuls stabiliseerde het zich op lagere niveaus waar het nog een paar miljard jaar zou blijven. Toen cyanobacteriën stierven en door het water naar beneden dreven, zorgde de ontbinding van hun lichamen er waarschijnlijk voor dat het zuurstofniveau daalde. De oceaan was dus nog steeds geen geschikte omgeving voor de meeste levensvormen die veel zuurstof nodig hadden.

Meercellig leven

Er deden zich echter andere innovaties voor. Hoewel ze veel chemicaliën kunnen verwerken, hebben microben niet de gespecialiseerde cellen die nodig zijn voor complexe lichamen. Dierlijke lichamen hebben verschillende cellen - huid, bloed, botten - die organellen bevatten die elk een specifieke taak uitvoeren. Microben zijn slechts enkele cellen zonder organellen en zonder kernen om hun DNA in te verpakken.

Er gebeurde iets revolutionairs toen microben in andere microben begonnen te leven en voor hen als organellen functioneerden. Mitochondriën, de organellen die voedsel in energie omzetten, ontwikkelden zich uit deze wederzijds voordelige relaties. Ook werd DNA voor het eerst verpakt in kernen. De nieuwe complexe cellen - de 'eukaryote cellen' - hadden gespecialiseerde onderdelen die gespecialiseerde rollen speelden die de hele cel ondersteunden.

Cellen begonnen ook samen te leven, waarschijnlijk omdat dat bepaalde voordelen opleverde. Groepen cellen zouden zich efficiënter kunnen voeden of bescherming kunnen krijgen door simpelweg groter te zijn. Door collectief te leven, begonnen cellen de behoeften van de groep te ondersteunen door elke cel een specifieke taak te geven. Sommige cellen werden belast met het maken van verbindingen om de groep bij elkaar te houden, terwijl andere cellen verteringsenzymen aanmaakten die voedsel konden afbreken.

De eerste dieren

Deze clusters van gespecialiseerde, samenwerkende cellen werden uiteindelijk de eerste dieren, die volgens DNA-bewijs zo'n 800 miljoen jaar geleden evolueerden. Sponzen behoorden tot de vroegste dieren. Hoewel chemische verbindingen van sponzen bewaard zijn gebleven in gesteenten van 700 miljoen jaar oud, wijst moleculair bewijs erop dat sponzen zich nog eerder ontwikkelden.

De assemblage-instructies voor het lichaamsplan van een dier zitten in de genen. Sommige genen gedragen zich als dirigenten van orkesten, die de expressie van vele andere genen op specifieke plaatsen en tijdstippen aansturen om de componenten op de juiste manier samen te stellen. Hoewel ze niet onmiddellijk werden uitgespeeld, is er bewijs dat delen van de instructies voor complexe lichamen zelfs al aanwezig waren in de vroegste dieren.

Dankzij hun harde skelet werden sponzen de eerste rifbouwers op aarde. Wetenschappers zoals Dr. Klaus Ruetzler van het Smithsonian proberen de evolutie te begrijpen van de duizenden sponssoorten die vandaag de dag op aarde leven.

Ediacaraanse biota

Zo'n 580 miljoen jaar geleden (de Ediacaran Periode) was er naast de sponzen een toename van andere organismen. Deze gevarieerde zeedieren - met lichamen in de vorm van bladeren en linten - leefden 80 miljoen jaar lang naast de sponzen. Hun fossielen zijn te vinden in sedimentgesteenten over de hele wereld.

De lichaamsbouw van de meeste Ediacaran-dieren leek echter niet op die van moderne groepen. Dr. Douglas Erwin van het Smithsonian heeft aan de hand van vergelijkend ontwikkelingsonderzoek onderzocht of fossiele Ediacaran-dieren verwant waren aan moderne dieren.

Tegen het einde van het Ediacaran steeg het zuurstofgehalte en naderde het niveaus die voldoende waren om leven op basis van zuurstof in stand te houden. De vroege sponzen kunnen zelfs hebben geholpen om de zuurstof te verhogen door bacteriën op te eten en deze uit het afbraakproces te verwijderen. Sporen van een organisme met de naam Dickinsonia costata suggereren dat dit organisme over de zeebodem bewoog en zich waarschijnlijk tegoed deed aan matten van microben.

De Ediacaraanse uitsterving

Ongeveer 541 miljoen jaar geleden verdwenen de meeste Ediacaraanse wezens, wat een grote verandering in het milieu betekende die Douglas Erwin en andere wetenschappers nog steeds proberen te begrijpen. Evoluerende lichaamsbouw van dieren, voedingsrelaties en milieu-engineering kunnen een rol hebben gespeeld.

Holen die aan het einde van het Ediacaran in de fossielen zijn gevonden, laten zien dat wormachtige dieren begonnen waren met het uitgraven van de oceaanbodem. Deze vroege milieu-ingenieurs verstoorden en beluchtten het sediment, waardoor de omstandigheden voor andere Ediacarandieren werden verstoord. Terwijl de milieuomstandigheden voor sommige dieren verslechterden, verbeterden ze voor andere, wat mogelijk een verandering in soorten katalyseerde.

De Cambrische Explosie

Het Cambrium (541-485 miljoen jaar geleden) was getuige van een wilde explosie van nieuwe levensvormen. Samen met de nieuwe holbewonende levensstijl kwamen er harde lichaamsdelen zoals schelpen en stekels. Harde lichaamsdelen stelden dieren in staat om hun omgeving drastischer in te richten, zoals het graven van holen. Er vond ook een verschuiving plaats naar actievere dieren, met gedefinieerde koppen en staarten voor gerichte bewegingen om prooien op te jagen. Actieve voeding door goed gepantserde dieren zoals trilobieten kan de zeebodem, waarop de zachte Ediacaraanse wezens hadden geleefd, verder hebben verstoord.

Unieke voedingsstijlen verdeelden de omgeving, waardoor er ruimte ontstond voor meer diversificatie van het leven. In 1909 ontdekte de vierde secretaris van het Smithsonian, Charles Doolittle Walcott, de Burgess Shale fossielen die de ongekende biodiversiteit van het leven in het Cambrium onthulden. Terwijl Waptia de oceaanbodem afspeurde, groeven priapulide wormen zich in het sediment, hechtte Wiwaxia zich vast aan sponzen en zweefde Anomalocaris erboven.

Veel van deze vreemd uitziende organismen waren evolutionaire experimenten, zoals de 5-ogige Opabinia. Sommige groepen, zoals de trilobieten, floreerden en domineerden de aarde honderden miljoenen jaren lang, maar stierven uiteindelijk uit. Stromatolieten die riffen bouwen namen ook af en riffen gemaakt door organismen genaamd brachiopoden ontstonden toen de omstandigheden op aarde bleven veranderen. De dominante rifbouwers van vandaag, de harde koralen, ontstonden pas een paar honderd miljoen jaar later.

Ondanks alle veranderingen die nog zouden komen, waren tegen het einde van het Cambrium bijna alle bestaande diersoorten, of fyla, (weekdieren, geleedpotigen, ringwormen, en zo meer.) ontstaan en ontstonden er voedselwebben die de basis vormden voor de ecosystemen op aarde van vandaag.

Over de oorsprong

De oorsprong van het leven op aarde is nu eenmaal één van de allergrootste mysteries van de wetenschap. Zolang men er Gurdjieff's Scheppingsstraal en Werelden niet bij betrekt, kan men dit mysterie nooit écht begrijpen. Ik heb het gewoonweg over begrijpen, want met bewijzen komen aandraven, is onmogelijk. Zelfs jij was niet tijdens die eerste miljoenen jaren op Aarde aanwezig.

Wel zijn er verschillende antwoorden voorgesteld, die allemaal nog niet geverifieerd zijn. Om erachter te komen of we alleen zijn in het heelal, moeten we beter begrijpen onder welke geochemische omstandigheden de eerste levensvormen ontstonden. Welke water-, chemie- en temperatuurcycli stimuleerden de chemische reacties waardoor leven op onze planeet kon ontstaan? Omdat het leven ontstond in de grotendeels onbekende omstandigheden aan de oppervlakte van de vroege geschiedenis van de aarde, blijft het beantwoorden van deze en andere vragen een uitdaging.

Verschillende baanbrekende experimenten over dit onderwerp zijn, onder andere, uitgevoerd aan de Universiteit van Chicago, waaronder het Miller-Urey experiment dat suggereerde hoe de bouwstenen van het leven zich in een oersoep konden vormen.

Wanneer is het leven op aarde begonnen?

De aarde is ongeveer 4,5 miljard jaar oud. Wetenschappers denken dat de aarde 4,3 miljard jaar geleden de omstandigheden heeft gecreëerd die geschikt zijn voor leven. De oudst bekende fossielen zijn echter slechts 3,7 miljard jaar oud. In die periode van 600 miljoen jaar kan het leven herhaaldelijk zijn ontstaan, om vervolgens te worden vernietigd door catastrofale botsingen met asteroïden en kometen.

De details van deze vroege gebeurtenissen zijn niet goed bewaard gebleven in het oudste gesteente van de aarde. Sommige hints komen van de oudste zirkonen, zeer duurzame mineralen die in magma zijn gevormd. Wetenschappers hebben sporen van een vorm van koolstof - een belangrijk element in levende organismen - gevonden in zo'n 4,1 miljard jaar oude zirkoon. Het levert echter niet genoeg bewijs voor het bestaan van leven op die vroege datum.

Waar is het leven op aarde begonnen?

Twee mogelijkheden zijn in vulkanisch actieve hydrothermale omgevingen op het land en in zee te vinden.

Sommige micro-organismen gedijen goed in gloeiend hete, zeer zure omgevingen, zoals die tegenwoordig voorkomen in IJsland, Noorwegen en Yellowstone National Park. Hetzelfde geldt voor diepzee hydrothermale bronnen. Deze schoorsteenachtige bronnen ontstaan waar zeewater in contact komt met magma op de oceaanbodem, wat resulteert in stromen van oververhitte rookpluimen. De micro-organismen die in de buurt van dergelijke pluimen leven, hebben sommige wetenschappers ertoe gebracht om ze te bestempelen als de geboorteplaatsen van de eerste levensvormen op aarde.

Organische moleculen kunnen zich ook gevormd hebben in bepaalde soorten kleimineralen die gunstige omstandigheden boden voor bescherming en bewaring. Dit zou op Aarde gebeurd kunnen zijn tijdens haar vroege geschiedenis - of, op kometen en asteroïden die ze later bij botsingen naar de Aarde brachten. Dit zou suggereren dat hetzelfde proces leven zou kunnen hebben gezaaid op planeten elders in het universum.

Wat zijn de ingrediënten van leven op aarde?

Het recept bestaat uit een constante energiebron, organische verbindingen en water. Anders gezegd, het was een samenwerking van Wereld-24 (de planeten) met die van Wereld-12 (onze Zon), dat zich in Wereld-48 manifesteerde.

Zonlicht levert de energiebron aan het oppervlak, die de fotosynthese aandrijft. Op de oceaanbodem levert geothermische energie de chemische voedingsstoffen die organismen nodig hebben om te leven.

Ook cruciaal zijn de elementen die belangrijk zijn voor het leven. Voor ons zijn dat koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en fosfor. Maar er zijn verschillende wetenschappelijke mysteries over hoe deze elementen op aarde bij elkaar zijn gekomen. Wetenschappers zouden bijvoorbeeld niet verwachten dat een planeet die zo dicht bij de zon is gevormd, van nature koolstof en stikstof zou opnemen. Deze elementen worden alleen vast onder zeer koude temperaturen, zoals in het buitenste zonnestelsel, niet dichter bij de zon waar de aarde zich bevindt. Bovendien is koolstof, net als goud, zeldzaam aan het aardoppervlak. Dat komt omdat koolstof chemisch gezien vaker bindt met ijzer dan met gesteente. Goud bindt ook vaker met metaal, dus komt het meeste ervan in de kern van de aarde terecht. Hoe zijn de kleine hoeveelheden, die aan het oppervlak zijn gevonden, daar terechtgekomen? Zou een soortgelijk proces ook op andere planeten hebben plaatsgevonden?...

Het laatste ingrediënt is water. Water bedekt nu ongeveer 70% van het aardoppervlak, maar hoeveel zat er 4 miljard jaar geleden op het oppervlak? Net als koolstof en stikstof is het veel waarschijnlijker dat water deel uitmaakt van vaste objecten die zich op grotere afstand van de zon hebben gevormd. Om de aanwezigheid van water op aarde te verklaren, stelt één theorie voor dat een klasse meteorieten, koolstofhoudende chondrieten genaamd, zich ver genoeg van de zon heeft gevormd om als waterafvoersysteem te hebben gediend.

Wat zijn de belangrijkste wetenschappelijke theorieën over hoe het leven is ontstaan? Er zijn verschillende theorieën over hoe het leven op aarde is ontstaan. Deze zijn onder andere:

1) Het leven ontstond uit een oersoep

Als afgestudeerd student aan de Universiteit van Chicago voerde Stanley Miller in 1952 een beroemd experiment uit met Harold Urey, een Nobelprijswinnaar in de scheikunde. Hun resultaten onderzochten het idee dat het leven ontstond in een oersoep.

Miller en Urey injecteerden ammoniak, methaan en waterdamp in een afgesloten glazen vat om na te bootsen wat toen de omstandigheden van de vroege atmosfeer van de aarde werden geacht. Daarna stuurden ze elektrische vonken door de container om bliksem te simuleren. Aminozuren, de bouwstenen van eiwitten, werden al snel gevormd. Miller en Urey realiseerden zich dat dit proces de weg had kunnen vrijmaken voor de moleculen die nodig waren om leven te produceren.

Wetenschappers geloven nu dat de vroege atmosfeer van de aarde een andere chemische samenstelling had dan het recept van Miller en Urey. Desondanks leidde het experiment tot een nieuw wetenschappelijk gebied dat prebiotische of abiotische chemie wordt genoemd, zijnde: de chemie die voorafging aan de oorsprong van het leven. Dit is het tegenovergestelde van biogenese, het idee dat alleen een levend organisme een ander levend organisme kan voortbrengen.

2) Gezaaid door kometen of meteoren

Sommige wetenschappers denken dat sommige moleculen, die belangrijk zijn voor het leven, misschien buiten de aarde worden geproduceerd. Ze suggereren dat deze ingrediënten afkomstig zijn van meteorieten of kometen.

“Een collega zei ooit tegen me: "Het is een stuk makkelijker om een huis te bouwen van Lego's als ze uit de lucht vallen”, aldus Fred Ciesla, professor geofysische wetenschappen aan de UChicago. Ciesla en zijn collega Scott Sandford van het NASA Ames Research Center publiceerden onderzoek waaruit blijkt dat complexe organische verbindingen gemakkelijk werden geproduceerd onder omstandigheden die waarschijnlijk heersten in het vroege zonnestelsel toen veel meteorieten werden gevormd.

Meteorieten kunnen dan hebben gediend als de kosmische meibloemen die moleculaire zaden naar de aarde hebben getransporteerd. In 1969 bevatte de Murchison meteoriet die in Australië viel tientallen verschillende aminozuren: de bouwstenen van het leven.

Volgens experimentele resultaten die in 2001 werden gepubliceerd door een team van onderzoekers van Argonne National Laboratory, de Universiteit van Californië Berkeley en Lawrence Berkeley National Laboratory kunnen kometen ook een lift hebben geboden aan meeliftende moleculen op aarde. Door aan te tonen dat aminozuren een vurige komeetbotsing met de aarde konden overleven, versterkte het team het idee dat de grondstoffen van het leven uit de ruimte kwamen.

In 2019 meldde een team van onderzoekers in Frankrijk en Italië dat ze buitenaards organisch materiaal hadden gevonden in de 3,3 miljard jaar oude sedimenten van Barberton, Zuid-Afrika. Het team suggereerde micrometeorieten als de waarschijnlijke bron van het materiaal. Verder dergelijk bewijs kwam in 2022 van monsters van asteroïde Ryugu die naar de aarde waren teruggestuurd door de Hayabusa2-missie van Japan. Er zijn nu meer dan 20 verschillende soorten aminozuren gevonden in de monsters van Ryugu.

Wat is chiraliteit en waarom is het biologisch belangrijk?

In 1953 publiceerden onderzoekers van UChicago een baanbrekend artikel in het Journal of Biological Chemistry dat de ontdekking inluidde van het pro-chiraliteitsconcept, dat doordringt in de moderne chemie en biologie. Het artikel beschreef een experiment dat aantoonde dat de chiraliteit van moleculen - of 'handigheid', net zoals de rechter- en linkerhand van elkaar verschillen - alle levensprocessen aanstuurt. Zonder chiraliteit zouden grote biologische moleculen, zoals eiwitten, niet in staat zijn om structuren te vormen die gereproduceerd kunnen worden.

Welk onderzoek doen wetenschappers van UChicago momenteel naar de oorsprong van het leven?

Vandaag de dag breidt het onderzoek naar de oorsprong van het leven aan UChicago zich uit. Nu wetenschappers steeds meer exoplaneten (planeten rond sterren elders in het melkwegstelsel) hebben gevonden, is de vraag wat de essentiële ingrediënten voor leven zijn en hoe we naar tekenen daarvan kunnen zoeken, in een stroomversnelling geraakt.

Nobelprijswinnaar Jack Szostak trad in 2022 toe tot de faculteit van UChicago als universiteitshoogleraar scheikunde en zal leiding geven aan het nieuwe interdisciplinaire 'Origins of Life Initiative' van de universiteit om de onderzoeksinspanningen naar de oorsprong van het leven op aarde te coördineren. Wetenschappers van verschillende afdelingen van de 'Divisie Fysische Wetenschappen' sluiten zich aan bij het initiatief, waaronder specialisten in chemie, astronomie, geologie en geofysica.

“Op dit moment krijgen we echt ongekende hoeveelheden gegevens binnen: Missies zoals Hayabusa en OSIRIS-REx brengen ons stukken van asteroïden, wat ons helpt te begrijpen onder welke omstandigheden planeten worden gevormd, en NASA's nieuwe JWST-telescoop verzamelt verbazingwekkende gegevens over het zonnestelsel en de planeten om ons heen. Ik denk dat we enorme vooruitgang gaan boeken op dit gebied,” zei Jack Szostak.

"Vind mensen, die in zichzelf zowel de motivatie als de aangeboren drijfveer hebben om aan hun Innerlijke Zelf te werken, en we zullen hen gidsen."

- DIMschool vzw, de énige gespecialiseerd in Zelfkennis, zijnde: het kennen van het Zelf -
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

En, voel jij je geroepen om Spiritualia te sponsoren?
Klik dan op deze link. Alvast bedankt!

Overschrijven kan ook via: IBAN: BE22 7795 9845 2547 - BIC: GKCCBEBB

- Indien je zo'n (bak)steentje bijdraagt, ook eventueel via een aankoop of een Zoek&Vind abonnement, mogen we jouw naam hieronder publiceren? Laat het ons weten! -