LEVEN Al in mijn schooltijd was ik, naast een fanatiek hemelvorser met mijn 6 cm telescoopje, gefascineerd door drie 'wereld' problemen: I De tijd. Is deze ooit begonnen, zal hij ooit eindigen? II De ruimte. Heeft deze een grens of strekt hij zich eindeloos uit? Beide moeilijk voorstelbaar. III Het leven. Hoe is uit dode materie het eerste leven ontstaan. Bestaat er buiten de aarde leven? Wat betreft de vragen I en II, dit probleem is in de VESTA nr's 28 t/m 37 behandeld. Uit de 'Oerknaltheorie' - op enkeling na zoals Arp, zie VESTA 74 pg 7- door elke astronoom als juist bevonden, leerden we: Het heelal is onbegrensd maar niet oneindig: De ruimte dijt nog steeds uit. En met het begin van het heelal begon zowel tijd als ruimte. Zonder ruimte dus geen tijd. Uit de algemene relativiteitstheorie van Einstein volgde een gekromde ruimte (zie VESTA nr 56). Dacht men in 1989 nog dat deze uitdijing I. kon overgaan in inkrimping of II. eindeloos bleef uitdijen (VESTA 37 pg 7), nu weten we al meer: De uitdijing -en daarmee de tijd- gaat eindeloos door (VESTA 74 pg 9). Maar nu probleem III. Wat betreft het item 'Leven', dit is tot nu in VESTA amper aan de orde gekomen. Waarom wel, het is toch geen astronomisch onderwerp? Toch wel. De laatste decennia is dit een der grootste -kosmologische- problemen: Bestaat er leven buiten de aarde? In ons zonnestelsel of misschien wel daar buiten? We maken de volgende indeling: I Is er -intelligent- leven in het heelal? II Is er in ons zonnestelsel leven (geweest)? III Hoe is het eerste leven op aarde ontstaan? IV Hoe heeft het leven op aarde zich ontwikkeld? V Wat zijn de invloeden van buitenaf (inslagen, straling) op de evolutie van het aardse leven geweest? VI Wat zijn de toekomstverwachtingen voor ons aardse leven. VII Is er sprake van een schepping geweest -volgens de aanhangers van I(ntelligent) D(esign) wel! In deze VESTA eerst de onderdeel IV. Daar weten we het meeste van af. (De overige delen zijn zeer speculatief en daarom zeer intrigerend!)
DE EVOLUTIE VAN HET LEVEN OP AARDE. Alhoewel menigeen tegenwoordig geen Christen meer is, laat staan een uitgebreide Bijbelkennis heeft, kent bijna een ieder toch wel het eerste vers uit het eerste hoofdstuk uit het eerste Bijbelboek Genesis: "In den beginne schiep God hemel en aarde. De aarde was nu woest en ledig" Tot halverwege de 19e eeuw geloofde (bijna) iedereen nog dat alle planten en dieren -en de mens!-door God geschapen werden en gedurende de tijd vanaf de schepping dezen onveranderlijk waren. Het was Charles Darwin die in 1859 zijn beroemde werk "On the origin of species by means of natural selection" schreef. Maar in die tijd was de invloed van de 'Kerk' nog erg groot. Twijfel aan de Bijbel was een doodzonde. Denk aan Galileo die zijn bewering "De aarde draait om de zon" met een banvloek moest bekopen. Pas een halve eeuw geleden gaf de Roomse kerk toe dat Galileo ten onrechte veroordeeld was! Giordano Bruno eindigde in 1600 in Rome op de brandstapel, hoewel zijn voorspraak van het stelsel van Copernicus slechts één van de diverse 'misdaden' was, die hij in de ogen van de inquisitie bedreven had. En zelfs nu zijn er lieden -en onderwijsinstellingen- die Darwins theorie in twijfel trekken. `We weten van vroeger leven veel af door bestudering van gefossiliseerde planten en dieren (door paleontologen) die we in bepaalde aardlagen vinden, stammend uit een bepaalde - geologische- periode. Daar het VESTAblad i.h.a. vooral typisch astronomische onderwerpen (of wat daarmee samenhangt) bevat zal de evolutie (van plant en dier op aarde) slechts summier behandeld worden. We kunnen deze evolutie in twee hoofdtijdperken verdelen. I De kennis tot 1954 ging niet verder terug dan tot 570 miljoen jaar geleden. Hieronder een overzicht van de geologische tijdperken (+ tijdschaal in miljoenen jaren) 0 2 65 144 206 245 280 345 395 430 500 Kenozoicum / Mesozoicum / Paleozoicom 570 Kwartair/ me ns Tertiair / Krijt / Jura/ Trias /Perm /Carboon/Devoon/ Siluur/ Ordovicium/ Cambrium zoo gdieren rep tie len (d inosaurië rs!) Het zuurstofgehalte in de atmosfeer was gelijk aan het huidige. We spreken van een 'Cambrische explosie' omdat 570 miljoen jaar terug er een stortvloed van -meercellige- diersoorten ontstonden. 410 miljoen jaar terug ontstond het eerste landleven, dacht men. In '93 werd dat bijgesteld tot 1,2 miljard jaar, in 2000 staat dat op 2,6 miljard jaar. 250 miljoen jaar terug kwamen de reptielen en -in mindere mate- de zoogdieren ten tonele. 65 miljoen jaar terug -overgang tertiair-krijt- vond de beruchte massale uitsterving plaats door de -wat later bleek- inslag van een 10 km grote meteoriet, waarbij o.a. de dinosauriërs uitstierven. En ja... luister en huiver... aan deze inslag hebben wij ons bestaan te danken! Door het wegvallen van de overheersing van de reptielen kregen de -kleinere- zoogdieren (waarvan wij als mens er ook een van zijn) een kans zich verder te ontwikkelen.
II Naar de laatste inzichten gaan we ervan uit dat 4,57 miljard jaar geleden de aarde -en daarmee het gehele zonnestelsel- is ontstaan. Het geologisch tijdperk vanaf het begin tot 570 miljoen jaar terug noemt men het Precambrium. 4,57 5,0 2,5 1,6 0,9 0,57 0 Hadeïucum vroeg midden laat Phanerozoïcum Archaïcum Proterozoïcum (Gr.phaneros=zichtbaar, zoos=levenleven Prokaryoten Eukaryoten Aanvankelijk moesten de paleontologen zich 'behelpen' met de traditionele fossielen: zichtbare restanten van planten en dieren die een skelet of hard omhulsel hadden. Een mijlpaal was in 1954 toen in 2 miljard jaar oude afzettingen micro-organismen werden ontdekt van organische/biogene herkomst. Een 2e mijlpaal was in 1970 de komst van de moleculaire paleontologie. Hierbij gebruikt men chemische -zelfs onder een microscoop niet zichtbare- chemische overblijfselen van organismen, chemische (micro)fossielen genoemd. De eerste levensvormen waren (tot aan het Cambrium toe bijna) allen eencellig. Eerst waren er de prokaryoten (bakteriën en blauwwieren, zonder celkern). Daarna ontstonden de (grotere) eukaryoten met een celkern, waarin het DNA lag opgeborgen. Deze eukaryoten (waaruit thans alle cellen bestaan) zijn veel geavanceerder dan de (zeer) primitieve prokaryoten. De evolutie van deze eukaryoten verliep in 3 stappen. I. De vorming uit prokaryoten II. De vorming van aeroob (zuurstofademd) leven doordat ze celorgaantjes kregen voor ademhaling (mitochondrien) en (alleen in planten) fotosynthetische plasticiden, waarmee dus zuurstof gevormd kon worden. Dit is de z.g. endosymbiontsynthese, ongeveer 2,5 miljard jaar terug. III. Een soort Big Bang, 1 miljard jaar terug. Compleet nieuwe typen met stekels en uitstulpingen w.o rode, groene en chromophytalgen verschijnen Waarom heeft de vorming van meercellig leven zoo'n 3 miljard op zich doen wachten? De klimatologische omstandigheden op aarde waren aanvankelijk vergelijkbaar met die van Venus en Mars: een atmosfeer, voornamelijk bestaande uit kooldioxyde en waterdamp. Ook was methaan, ammoniak en waterstof aanwezig van vulkanische oorsprong. Maar geen zuurstof!. Deze werd pas later 'aangemaakt' door fotosynthese waarbij, onder invloed van zonlicht kooldioxyde en waterdamp omgezet worden in koolhydraten en zuurstof. Het eerste aarzelend begin van simpele meercelligen (sponzen) was 750 miljoen jaar terug. Pas na 4 miljard jaar (dus 570 miljoen jaar geleden) was voldoende zuurstof in de atmosfeer voor een uitbundig meercellig leven, hetgeen tot de reeds eerder genoemde 'Cambrische explosie' leidde. Wanneer ontstond het eerste leven, wanneer kwamen de eerste dieren, wanneer ontstond het eerste leven op land? Data moesten -door nieuwere vondsten- steeds bijgesteld worden. Over het ontstaan van het eerste leven volgt nu een aardige anecdote, die illustreert dat wetenschappers ook maar mensen zijn met al hun (on)hebbelijkheden: Tot 30 april 1993 werd de ouderdom van het eerste leven op 2,5 miljard jaar geschat. Op die dag verscheen er een publicatie in Science van Schopf, die in oud gesteente (in West- Australië) van 3,47 miljard jaar oud, staafvormige micro-organismen had ontdekt van, zo dacht hij gefossiliseerde blauwalgen: zo schoof de grens alweer 1 miljard jaar terug die dan ook in de handboeken werd vermeld. In 2002 deed Brasier experimenten met een klassieke 'chemischer tuin'. Hierbij ontstonden groeisels die als twee druppels water leken op de vondst van Schopf! En zo werd Schopf's
bewering hardgrondig onderuitgehaald op een conferentie van 300 astrobiologen. De heren gingen nog net niet handgemeen! Zo zie je maar weer hoe voorzichtig je tewerk moet gaan. Elke microfossiele vondst van organisch materiaal moet duidelijk van biogene oorsprong zijn. Vrij algemeen wordt nu het eerste 'leven' gesteld op 3,8 a 4 miljard jaar geleden, dus toen de aarde nog maar 5 a 700 miljoen jaar oud was. Het ontstaan van de eerste dieren werd aanvankelijk gesteld op 6 a 700 miljoen jaar terug. later bijgesteld op 1,2 miljard jaar. Vondsten uit '96 stellen dit nu op 1,8 miljard jaar. Het eerste 'landleven', aanvankelijk op 500 miljoen jaar oud gesteld, werd in '93 op 1,2 miljard jaar bepaald. Vondsten in 2000 gedaan wezen op een ouderdom van 2,6 miljard jaar. We zullen hier niet dieper op ingaan, 'VESTA' is tenslotte geen blad voor de evolutiebiologen, maar interessant blijft het wel! Wij kunnen hier nog wel even ingaan op de vraag waarom er 'pas' 500 miljoen jaar na het ontstaan van de aarde leven ontstond. Nu, deze vraag is wel eenvoudig te beantwoorden: Om de simpele reden dat die eerste 500 miljoen jaar (het Hadeïcum genoemd naar de Griekse god van de onderwereld Hades) de aarde dermate heet was (tot 1000 K) vanwege de warmteontwikkeling door de inslagen van de talloze meteorieten en het radioactief verval, ook van elementen die nu niet meer op aarde voorkomen. De aarde was een vloeibare kolkende massa in die tijd alhoewel uit onderzoek aan (minuscule) zircoonkristalletjes zou blijken dat na 100 miljoen jaar er al sprake was van een aardkorst, die later, onder invloed van het meteorietenbombardement weer verdween. Een bijzondere inslag willen we hier niet nalaten te vermelden. Het was een brokstuk ter grootte van de planeet Mars(!) waardoor een deel van de aarde de ruimte werd ingeslingerd: dit aardse deel kennen we als onze maan! Hoe oud kan een levend organisme worden? Dit zou een aardig (meerkeuze)vraagje voor een kwis kunnen zijn met als mogelijkheden: a) 250 jaar, b) 25.000 jaar, c) 2,5 miljoen jaar d) 250 miljoen jaar Wat denkt U? Maak eerst een keuze. Het antwoord vindt U aan het eind van dit artikel. Als er een onderdeel van de 'weten'schap is waarover geleerden het met elkaar oneens zijn dan is dat misschien wel de evolutiebiologie. Alhoewel de evolutieleer van Darwin door elke (zinnige) evolutiebioloog geaccepteerd is, moeten uit (zeer) oude vondsten van (micro)fossielen conclusies getrokken worden die niet altijd 'spijkerhard' te bewijzen zijn. Hieronder vier voorbeelden: 1) Over het ontstaan van nieuwe soorten zijn er twee modellen: a) die van de geleidelijke verandering b) de theorie van het zg ' punctuated equilibrium' of wel een kwestie van 'hollen of stilstaan', (opgesteld door Gould in 1972): korte periodes van snelle evolutie (punctuations) worden afgewisseld door lange periodes van stabiliteit en onveranderlijkheid (equilibria).. 2) Zo ook de rol van het toeval in de evolutie. Gould is van mening dat toeval wel een rol speelt (zou de evolutie opnieuw plaats vinden, de soorten zouden geheel anders zijn) Morris is het daar absoluut mee oneens. 3) Wat betreft het aantal soorten, dit is uiteraard vooral zoals bekend, sinds 570 miljoen jaar geleden explosief toegenomen. Momenteel zijn ruim 1,5 miljoen bekend, maar het werkelijk totale aantal is volgens sommigen 10 en volgens anderen 100 miljoen! Steeds nog worden er nieuwe levensvormen, zoals in tropisch oerwoud en in diepe oceaanbodem, ontdekt. Er ontstaan, maar ook verdwijnen er soorten.
Bekend zijn 5 periodes van massaal uitsterven: 410, 370, 250, 230 en 65 miljoen jaar geleden, de laatste overbekend, zoals nu algemeen wordt aangenomen, door de inslag van een meteoriet van ± 10 km groot. 4) Tot slot iets over de Gaia hypothese, opgesteld in 1972 door Lovelock. Hierin wordt de constantheid van het aardse klimaat toegeschreven aan een mondiaal teruggekoppeld regelsysteem dat functioneert via de broeikasgassen in de atmosfeer, voornamelijk kooldioxide. Bij dalende temperatuur nemen de verweringsprocessen en de biologische activiteit af waardoor er minder kooldioxide verwijderd wordt. De toename van de kooldioxide door ontgassing blijft gelijk, zodat het kooldioxidegehalte en daarbij de temperatuur weer zullen toenemen. Bij stijging van de temperatuur gebeurt het omgekeerde: afvoer kooldioxide neemt toe, kooldioxide gehalte daalt, temperatuur daalt. Ook hier weer, zoals bij de rol van het toeval, tegenstanders die erop wijzen dat 2 miljard jaar geleden door fotosynthese van anaërobe levensvormen zuurstof werd gevormd waardoor deze levensvormen zichzelf vergiftigden. We laten, alhoewel natuurlijk razend interessant, de evolutie van het aardse leven verder voor wat het is. In het volgend VESTA nummer gaan we ons met de volgende kwesties/ vragen bezighouden: 1) Wat is de rol geweest van inslagen van grote boliden, zoals komeetfragmenten en meteorieten? Hoe groot is de kans dat dat nog eens gebeurt en kunnen we ons hier tegen wapenen? 2) Hoe is eerste aardse leven ontstaan? Op aarde zelf of misschien vanuit de ruimte? In dat laatste geval wordt het probleem slechts verschoven. 3) Is er in ons zonnestelsel leven (geweest)? 4) Is er intelligent leven buiten ons zonnestelsel? 5) Wat is de toekomst voor ons wat betreft het leven, zowel op korte als langere termijn? 6) Is het leven 'bij toeval' ontstaan of is er sprake (geweest) van een 'schepper' (bv God genoemd)? Deze kwestie staat bekend onder 'Intelligent Design'. Vooral de laatste 5 vragen zijn -zeer- speculatief. Verwacht niet er een klip en klaar antwoord op te krijgen! O ja, U krijgt nog het antwoord op de vraag hoe oud 'leven' kan worden. Stond in de vorige eeuw het record op 50 miljoen(!) jaar, in 2000 is in een insluitsel van een kwart miljard jaar oud zoutkristal een bacterie ontdekt die nog steeds bleek te leven! Het goede antwoord is dus d. Heiloo november 2006 Jaap Kuyt