Wetenschap

Buitenaards leven

Zijn we dan toch alleen?

Ja, er zijn ontzettend veel ‘aardes’ in het heelal. Maar of dat betekent dat we binnenkort aliens met superbreinen ontmoeten? ‘Uitsterven kon wel eens de standaard zijn in het universum’, denkt Charley Lineweaver.
Door Christien Boomsma

Hij is gefascineerd door de oorsprong van dingen. Charley Lineweaver, astrobioloog aan de Australian National University in Canberra, bestudeert het ontstaan van leven, van de aarde, van taal. Zelfs van kanker. Allemaal omdat hij een antwoord wil op de vraag die de mensheid al eeuwen achtervolgt: wat is onze plek nu eigenlijk?

‘Ons’. Met dat bezittelijke voornaamwoordje doelen we op de homo sapiens. Op de intelligente zoogdieren met grote hersenen, die de planeet waarop ze leven zo sterk beïnvloeden dat ze straks misschien niet langer de dominante levensvorm zijn. Die bezig zijn zichzelf tot uitsterven te ‘denken’. En dat roept de volgende vraag op: zou dat echt zo erg zijn?

Waar is de rest?

Lineweaver gelooft dat het heelal barst van het leven. Alleen sterft het uit, voordat het de kans krijgt grote hersenen te ontwikkelen, radiosignalen uit te zenden en ruimteschepen te bouwen. Mocht het daar überhaupt in geïnteresseerd zijn.

Dit weekend spreekt Lineweaver op het symposium The Fundamentals of Life, dat honderden astrobiologen en biochemici naar Groningen brengt. Daarnaast geeft hij een lezing voor Studium Generale over die andere sleutelvraag: zijn we alleen? Want, als we dat níet zijn, zoals veel wetenschappers geloven: waar is de rest dan? Waar zijn de ruimteschepen met technologisch geavanceerde aliens? Waar zijn de radiosignalen waar SETI al tientallen jaren naar speurt?

Lineweaver mag het ultieme antwoord misschien niet hebben, hij heeft wel krachtige ideeën over de kwestie. Het sleutelprobleem, denkt hij, is dat mensen – wetenschappers incluis – vooral geïnteresseerd zijn in zichzelf. ‘Wat we eigenlijk bedoelen: zijn er andere wezens die zich grofweg gedragen als mensen?’

Het is overduidelijk dat die manier van denken hem raakt. ‘Onze nabije verwanten leven hier op aarde. Als we met een andere soort willen praten, dan kunnen we dat. Maar niemand probeert met een octopus te communiceren, of met dolfijnen of orka’s. Terwijl het brein van een orka groter is dan dat van ons, en ze het gebruiken om met elkaar te praten en een gemeenschap in stand te houden.’

Intelligente kangoeroes

Maar homo sapiens kijkt liever naar de ruimte en probeert buitenaardse wezens te vinden die óók grote hersenen hebben, en technologie. ‘En waarvan we dan hopen dat ze ons niet om zeep helpen en hun superieure kennis willen delen. We zijn eigenlijk op zoek naar God.’

Dat zoveel mensen dit werkelijk verwachten, komt doordat veel wetenschappers menen dat de evolutie de voorkeur geeft aan intelligente soorten. ‘Ze geloven dat er een intelligence niche is die maar door één soort kan worden ingenomen. En op aarde is dat homo sapiens.’

En dat is onzin, stelt Lineweaver. ‘Er is relevant bewijs, verzameld met onafhankelijke experimenten. En die heten Madagaskar, Nieuw Zeeland en Australië. In honderd miljoen jaar van gescheiden evolutie is er geen enkele intelligente kangoeroe ontstaan. Geloven in zo’n intelligence niche is pure hersenverering, gebaseerd op ijdelheid.’

Hij geeft de voorkeur aan wat meer bescheidenheid. Zelfs de kans dat we gewerveld leven vinden, is miniem. Immers: 95 procent van al het leven is ongewerveld. En in de eerste twee miljard jaar dat er leven op aarde was, bestond dat enkel uit eencelligen: bacteriën dus.

Cijfers

Maar de cijfers dan? Astronomen vertellen ons dat alleen al de omvang van het heelal maakt dat het onwaarschijnlijk is dat leven zich niet ook elders ontwikkelde. We weten tegenwoordig ook dat vrijwel elke zon een planetenstelsel heeft en er zijn honderden ‘aardes’ in de leefbare zone gevonden. Ook de noodzakelijke moleculen, zoals water, koolstof en aminozuren zijn volop aanwezig in het heelal.

Lineweaver lacht. ‘Ja! Er is bewijs dat leven vrij makkelijk ontstaat. Op aarde ontstond het tamelijk snel nadat het bombardement van meteorieten ophield en de planeet afkoelde. Het was dus vrij waarschijnlijk dat dit zou gebeuren. En daaruit volgt dat het vast ook op andere planeten is gebeurd.’

Toch staat zijn ruimteschip nog niet klaar voor een expeditie om buitenaardse bacteriën te ontdekken. Er is namelijk nog één factor waar niemand rekening mee heeft gehouden. Een planeet moet niet alleen de juiste afstand hebben tot zijn zon om vloeibaar water mogelijk te maken. Je hebt ook een carbonaat-silicaatcyclus nodig.

‘Kooldioxide lost op in regen en belandt op het aardoppervlak als carbonzuur, waardoor de temperatuur daalt’, legt Lineweaver uit. ‘Dat tast het silicaathoudende gesteente aan, waardoor de rots brosser wordt. Het vormt het calciumcarbonaat dat terug naar zee stroomt. Daar belandt het onder het aardoppervlak tot vulkanen het terug in de atmosfeer brengen. Die cyclus stabiliseert de temperatuur van de aarde.’

Continenten

Deze thermostaat zorgt dat de aarde niet te koud wordt, waardoor de planeet zou bevriezen – zoals Mars – maar ook niet te heet, waardoor alles zou verbranden – zoals op Venus. Echter – en hier komt het addertje – zelfs als leven gemakkelijk ontstaat, zelfs al zijn er nog zoveel planeten in de leefbare zone, dan nog hebben ze geen continenten die in de eerste miljard jaar van hun bestaan aan erosie onderhevig zijn. ‘De aarde zou weleens uniek kunnen zijn.’

Dat zou verklaren waarom de aliens nog niet op de stoep hebben gestaan. ‘De standaard zou zomaar kunnen zijn dat leven gemakkelijk ontstaat, maar weer verdwijnt omdat planeten bevriezen of te heet worden. Omdat leven dus niet in staat is om het milieu te controleren. Het is maar een hypothese, maar wel eentje die consistent is met de data.’

Toch is Lineweaver niet teleurgesteld over het feit dat we misschien toch een freak event in het heelal zijn. ‘Ik hou mijn verwachtingen graag laag. Dan ben ik telkens blij verrast als we nieuw bewijs vinden over hoe geordend en cool het heelal eigenlijk is.’

Charley Lineweavers lezing ‘Are we alone in the universe?’ is op vrijdag 1 september in het Groninger Forum aan Hereplein 73. De lezing begint om 20.00 uur en de toegang is gratis. Meer informatie op de website van Studium Generale Groningen.

Leren
van Mars


Foto Zenit online

De speurtocht naar leven op Mars kan ons van alles leren over ons eigen ontstaan. Astrobiologe Inge Loes ten Kate werkte mee aan een Marsexpeditie van de NASA en doet onderzoek naar de bouwstenen van leven.
Door Simone Harmsen

In 2012 landde NASA’s Curiosity op het Marsoppervlak. Aan boord zat SAM, een robot die bodem- en luchtmonsters neemt en analyseert. Een trip naar Mars is nog altijd een enkele reis, en onderzoek naar de samenstelling van de planeet gebeurt daarom ter plaatse, aan boord van de Marslander. De Nederlandse astrobiologe Inge Loes ten Kate was een van de knappe koppen achter SAM. Ze is ook een van de sprekers op het symposium The Fundamentals of Life.

De robot zocht op Mars naar organische moleculen: dat zijn moleculen met een basis van koolstofatomen. ‘Al het leven dat wij kennen bestaat uit deze organische moleculen’, legt Ten Kate uit. En hoewel die niet opdoken, vond SAM wel organische chloorverbindingen: een aanwijzing dat er op Mars wel organische moleculen kúnnen zijn.

Mars in een kastje

Tegenwoordig werkt Ten Kate aan de Universiteit van Utrecht. In haar lab bootst ze de omstandigheden op Mars na in een kastje ‘ter grootte van een flinke kluis’. Hierin doet ze experimenten met organische verbindingen die eerder op meteorieten en astroïden zijn gevonden. Ze onderzoekt of die verbindingen onder Martiaanse omstandigheden kunnen reageren tot stoffen die leven kunnen vormen.

Of ze zelf denkt dat er leven op Mars is? ‘Als ik ervan overtuigd zou zijn dat het niet mogelijk is, was ik dit onderzoek niet gaan doen. Maar ik probeer niet te bewijzen dat het er is of geweest is. Ik gebruik Mars om te kijken of we iets kunnen leren over het ontstaan van leven in het algemeen.’

Drie en een half miljard jaar geleden krioelden de eerste cellen rond over de aarde. ‘Rond diezelfde tijd waren er op Mars plekken waar de omstandigheden hetzelfde waren als hier’, vertelt Ten Kate. ‘De grote vraag is dus: was er leven op Mars? En als dat niet het geval was: wat had de aarde wel dat Mars niet had?’

Niet gezellig

‘Als er leven is geweest en het zich heeft aangepast, dan zit het nu in grotten onder de grond’, denkt Ten Kate. Want de afgelopen 2,5 miljard jaar heeft Mars een transformatie ondergaan. De atmosfeer verdween bijvoorbeeld. ‘Daar zijn allerlei oorzaken voor. Zo verloor Mars zijn magnetisch veld, dat veel straling van de zon tegenhield. Die straling is niet alleen schadelijk voor mogelijk leven, maar ketst ook de moleculen van de atmosfeer weg.’

Bovendien kon Mars door zijn matige zwaartekracht moleculen maar moeilijk vasthouden, terwijl er minder gassen de lucht in werden geblazen en vulkanen stopten. ‘Het is nu helemaal niet gezellig om op Mars te wonen.’

Het verlies van de atmosfeer veroorzaakte een extreem verschil in temperatuur tussen dag en nacht: zo’n honderd graden. Bovendien blijven gassen niet meer hangen en verdampt bijna al het water. Bíjna, want op Mars zit nog steeds een heel klein beetje water in de lucht. ‘’s Nachts vriest dat aan tot een klein beetje rijp, je kunt het zelfs zien’, vertelt ze. Wanneer het ’s ochtends ontdooit, is het heel eventjes vloeibaar. ‘Misschien dat leven daar iets aan zou kunnen hebben.’

Ten Kates onderzoek naar andere planten leert ons meer over onszelf. ‘Zo weten we inmiddels dat iedere planeet in zijn beginjaren een atmosfeer heeft’, aldus Ten Kate. Ook als we nooit leven vinden op Mars of daarbuiten, geeft het onderzoek naar buitenaards leven op die manier toch geheimen prijs over onze eigen ontstaansgeschiedenis.

Levende cel van
dode moleculen


Als je een minimale cel kunt bouwen met ‘dode’ moleculen, dan kun je op termijn leven maken. De groep van de Groningse biochemicus Bert Poolman is al een eind op weg.
Door Christien Boomsma

Er zijn weinig dingen zo ingewikkeld als een levende cel. Je hebt een membraan, gemaakt van vetachtige stoffen. Er zitten eiwitten in, zouten, aminozuren, DNA en nog veel meer. En al die stoffen bij elkaar zorgen voor een systeem waarbij de cel voeding kan verwerken, groeien, delen en weer opnieuw beginnen. Al het leven is gebaseerd op cellen, maar hoe ze precies werken is verre van duidelijk.

‘Het is een black box’, geeft Bert Poolman toe. De biochemicus is nauw betrokken bij het Origins Centre, dat onlangs 2,5 miljoen euro kreeg toegewezen om te onderzoeken hoe leven is ontstaan, en spreekt op het symposium The Fundamentals of Life. ‘Er zijn te veel componenten die elkaar beïnvloeden.’

Vandaar dat hij koos voor een andere benadering. Niet een complexe cel pakken en uitzoeken hoe hij werkt – de top-downaanpak – maar andersom: met zo min mogelijk moleculen een werkende cel proberen te bouwen. Bottom-up. Op die manier kun je elke stap in de gaten houden.

Als Poolman en zijn collega’s slagen, hebben ze de heilige graal van de natuurwetenschappen te pakken. ‘Dan overschrijd je de grens van scheikunde naar biologie. Dan maak je leven.’

Niet te voorspellen

Maar gemakkelijk is dat niet. Zelfs zo’n minimale cel is al razend ingewikkeld. Poolman is al tien jaar bezig met het bestuderen van de energievoorziening: hij probeert uit te zoeken hoe een cel ‘eet’ en hoe je ervoor zorgt dat zo’n reactie – als hij eenmaal op gang is gebracht – door blijft gaan. Voor chemici is dat namelijk niet vanzelfsprekend. ‘Een scheikundige doet moleculen bij elkaar die dan reageren tot ze dat niet meer doen. Maar voor een cel is evenwicht hetzelfde als “dood”.’

Bovendien blijkt een cel iets anders dan een reageerbuis. Waar het gedrag van moleculen in een reageerbuis te voorspellen is, zie je in een cel ‘emergent gedrag’: gedrag dat je niet kunt voorspellen. ‘Een cel zit enorm vol’, legt Poolman uit. ‘De dynamiek die dat oplevert, die begrijpen we nog niet.’

Zo had hij een cel gebouwd die heel behoorlijk leek te werken. Tot Poolman ontdekte dat de cel verzuurde, doordat ammoniak naar buiten lekte en afgesplitste, zure, protonen binnen bleven. ‘Voor levende cellen is dat nooit gevonden.’ Hij moest – alweer – op zoek gaan naar een oplossing. ‘Zo wordt het steeds complexer.’

Toch bereikte hij onlangs een belangrijke mijlpaal. Hij is erin geslaagd met minder dan tien reacties een energiesysteem te bouwen dat lang genoeg blijft ‘lopen’. Ook lukte het de cel op te blazen, wat een eerste stap is richting celdeling.

Stukje van de puzzel

Maar daarmee is hij er nog niet. ‘We zitten qua complexiteit op de grens van wat ze zelf kunnen bevatten’, zegt hij. ‘We zijn nu computermodellen aan het bouwen die voorspellen wat er gaat gebeuren, zodat we dat later kunnen testen.’

Daarnaast moet hij zijn werk gaan combineren met dat van collega’s. Want de groep van Poolman onderzoekt slechts één stukje van de puzzel. Ondertussen werkt zijn Groningse collega Arnold Driessen aan de synthese van de vetachtige stoffen die het omhulsel van de cel vormen, en sleutelt Cees Dekker uit Delft aan de moleculen die de cel moeten laten delen. Voor beide is het energiesysteem van Poolman nodig.

Poolman hoopt de échte levende cel over tien jaar te zien. ‘Maar reken maar dat er nog honderden aio’s op zullen promoveren. Ik noem het een ‘man op de maan’-project. De Amerikanen kondigden in 1961 aan dat ze binnen tien jaar een man op de maan wilden hebben. Er waren veel problemen, maar ook een duidelijk, gemeenschappelijk ambitieus doel. Net als dit project.’

English