Oorsprong van het leven: Scheikundige onmogelijkheden

by | feb 19, 2022 | Bezoekersverslag, Biochemie, Biologie, Scheikunde

Op 19 januari 2022 gaf de wereldberoemde wetenschapper en messiaans-joodse dr. James Tour een online lezing over ‘De oorsprong van het leven’. Hij besprak de scheikundige onmogelijkheden waar de huidige theorieën over de oorsprong van het leven tegenaan lopen. Hieronder volgt een Nederlands verslag. Een kortere en eenvoudigere samenvatting vind je hier

Er is nog nooit aangetoond dat moleculen evolueren tot leven zonder de hulp van iets biologisch, als een bacterie, een mens of een plant.

Abiogenese

Tour begon met de opmerking dat hij God niet zou noemen tijdens zijn praatje en dat hij de abiogenese – het spontaan ontstaan van leven uit niet-levend materiaal – aan de kaak kan stellen zonder daar religie bij te betrekken: ‘Ik gebruik wetenschap om wetenschap te bekritiseren.’ 

Hij gaf vervolgens een achtergrond bij abiogenese. Tour haalt een definitie van abiogenese aan uit het onlinewoordenboek Merriam-Webster, waarin stond: ‘Voor elke overtuigende theorie van abiogenese moeten we rekening houden met de staat van de aarde van ongeveer 4 miljard jaar geleden.’ Dus moeten de chemische reacties prebiotisch relevant zijn en stoffen en condities gebruiken waarvan men aanneemt dat die beschikbaar of toegankelijk waren op de aarde (vanuit het seculiere oogpunt, welteverstaan).

Tour benoemde daarna wat de karakteristieken van leven zijn. Leven reageert op de omgeving; groeit en verandert; kan zich voortplanten; heeft stofwisseling en kan ademen; is gemaakt uit cellen, en kan eigenschappen doorgeven aan nageslacht.

Hij maakte ook duidelijk dat moleculen en scheikunde helemaal niet om leven geven.

Er is nog nooit aangetoond dat moleculen evolueren tot leven zonder de hulp van iets biologisch, als een bacterie, een mens of een plant.

Onderzoek naar de oorsprong van het leven 

Oorsprong van het leven

Geen intelligentie nodig voor het aantonen dat het eerste leven zonder intelligentie is ontstaan?!

Een chemisch experiment waarin men de oorsprong van het leven onderzoekt gaat vaak op de volgende manier, aldus Tour:

  • Koop chemicaliën bij een bedrijf zodat ze heel zuiver zijn;
  • Mix de chemicaliën in een hoge concentratie in water, of in een bepaalde volgorde die je vooraf hebt vastgesteld; 
  • Krijg na de reactie een mengsel van chemicaliën in handen die lijken op een van de vier hoofdcategorieën van stoffen die je nodig hebt voor leven: koolhydraten, nucleïnezuren (waar DNA op is gebaseerd), aminozuren (waar eiwitten uit bestaan) en vetten (voor de buitenkant van een cel);
  • Publiceer de bevindingen in een wetenschappelijk tijdschrift en maak claims over de oorsprong van het leven;
  • Neem contact op met de goedgelovige pers en laat die het groter maken dan dat het in werkelijkheid is;
  • Zie toe hoe de leek uitroept: ‘Zie je wel, wetenschappers weten hoe het leven is ontstaan!’
  • En bemoedig op deze manier schrijvers van school- en studieboeken om mooie maar misleidende cartoons te maken die laten zien hoe uit ruwe chemicaliën die bij elkaar komen tot cellen opeens oerwezens uit een oersoep komen kruipen.

Het syntheseprobleem

Scheikundige synthese is de beschrijving van hoe chemische stoffen met elkaar reageren tot andere stoffen. En er zijn nogal wat problemen als je de natuur zijn spreekwoordelijke gang laat gaan, vervolgt Tour.

Moleculen in levende systemen zijn namelijk bijna altijd chiraal. Dat wil zeggen dat er spiegelbeeldvormen bestaan van hetzelfde molecuul. Net als bijvoorbeeld je handen: hoewel je handen vrijwel identiek zijn – vijf vingers, een handpalm, nagels, vingerkootjes, et cetera – zijn ze toch verschillend. Zo is het ook met spiegelbeelden van chemische stoffen, die zijn toch zó anders dat ze vaak andere functies hebben. Die spiegelbeelden noemen we de chirale vormen van een molecuul.
Oorsprong van het leven

Als je als chemicus een synthese wilt doen, probeer je vaak dingen uit op basis van eerder opgedane kennis. Daardoor moet je vaak terug naar de tekentafel, en soms moet je een chemische stof die je hebt laten reageren zo behandelen dat je je laatste reactie weer ongedaan maakt. Dat is iets wat veel stoffen niet uit zichzelf kunnen.

Ook weten chemische reacties niet wanneer ze moeten stoppen. In het lab stop je een reactie meestal door een extra stofje toe te voegen of de temperatuur te veranderen, maar in een oersoep is daar geen sprake van. En een grote hoeveelheid tijd is vaak de vijand: denk maar aan het bakken van aardappels. Bak je ze tot ze mooi bruin zijn, dan stop je de verhitting en stopt de chemische reactie die de aardappels bruin maakt. Maar laat je ze op het vuur staan, dan worden ze zwart en is je ‘reactie’ mislukt.

Waar chemici verder ook veel moeite in steken zijn de reactiecondities (temperatuur, druk, zuurgraad etc.), de volgorde van stoffen toevoegen tijdens een reactie (net als een chef-kok) en het zuiveren van de reactieproducten. Een prebiotisch systeem kan hier niet over nadenken, laat staan ‘weten’ wat er nou eigenlijk met wat gereageerd heeft. En het komt maar weinig voor dat al je beginstoffen volledig omgezet worden in je eindproducten, waardoor je na elke reactiestap minder materiaal overhoudt. En omdat de natuur geen notitieboekje heeft met alle stappen die zijn gezet, kan de natuur ook niet zomaar terug om extra materiaal te maken door bepaalde reacties opnieuw te doen.

Suikers

We komen nu bij de eerste van de vier basisgroepen van chemicaliën die nodig zijn voor leven: suikers. Deze suikers, officieel (poly)sachariden of koolhydraten genoemd, staan aan de basis van onder andere de DNA-structuur en hebben naast voedingsfuncties nog tal van andere eigenschappen die noodzakelijk zijn voor het leven.

Losse koolhydraten met bijvoorbeeld vijf koolstofatomen hebben drie punten in hun keten zitten die de ruimtelijke structuur bepalen (denk opnieuw aan de vingerkootjes in je linker- en rechterhand). Dat betekent dat je voor zo’n koolhydraat acht verschillende opties hebt voor de structuur. En bij langere ketens neemt het aantal verschillende opties snel toe. Die verschillende vormen noem je isomeren. Maar in de natuur hebben koolhydraten bijna allemaal dezelfde ‘handigheid’ en zitten op die manier aan elkaar vast (dus allemaal rechterhanden aan elkaar in plaats van wisselend rechter- en linkerhanden). Op de prebiotische aarde was er niemand die wist wat voor suikers het uiteindelijke leven nodig zou hebben, dus zou het op willekeurige wijze volgordes en structuren uit moeten proberen. Daarvoor is te weinig tijd en te weinig materiaal. 

Daarnaast zijn er ook nog allerlei verschillende manieren en plekken waarop die koolhydraten aan elkaar kunnen gaan zitten. Dat resulteert in heel veel trial-en-error-experimenten zonder plan. Ter illustratie gaf Tour het volgende voorbeeld: stel dat je zes dezelfde suikers aan elkaar wilt koppelen, op hoeveel verschillende manieren kan dat dan? Volgens een berekening van Roger Laine in het tijdschrift Glycobiology heb je meer dan een biljoen mogelijkheden (1.000.000.000.000). (Zie ook dit artikel: Suiker en het ontstaan van leven)

Peptiden, eiwitten en aminozuren

Aminozuren

De machines van de cel, zogenoemde eiwitten en enzymen, zijn opgebouwd uit twintig kleinere bouwstenen die met tientallen tot miljoenen aaneengeregen zijn. Ze zijn essentieel voor al het leven om ons heen, van bacterie tot bodemonderzoeker. Die kleine bouwstenen noem je aminozuren. Elk aminozuur heeft een eigen specifieke vertakking, die het aminozuur zijn functie geeft in de keten van een eiwit. 

Wanneer chemici een klein eiwit willen maken (ook wel peptide genoemd) is het belangrijk om die vertakking af te schermen, omdat veel van de vertakkingen graag reageren met andere stoffen. Net als met suikers het geval is, moet je dus zogenoemde beschermgroepen vastmaken aan de vertakking (die je er later weer af moet halen), als je de aminozuren wilt koppelen, zoals Tour in zijn verhaal laat zien. 

Eiwitten en peptiden bestaan uit verschillende aminozuren die in een bepaalde volgorde aan elkaar vastzitten. Die volgorde is belangrijk, omdat die ook bepaalt hoe het eiwit eruit komt te zien en op die manier ook invloed heeft op wat het eiwit doet. Een verkeerde volgorde kan ervoor zorgen dat het eiwit niet meer werkt. In de natuur heb je niemand die de aminozuren in een specifieke volgorde aan elkaar koppelt. Dat zou eerder willekeurig gaan, en de kans dat het dan goed gaat, lijkt op de kans van de suikers hierboven: praktisch nul. 

Dr. Tour haalt ook een citaat aan van Matthew Powner, die de oorsprong van het leven onderzoekt. In het hoog aangeschreven tijdschrift Nature vertelt Powner dat peptiden tegenwoordig gemaakt worden door enzymen in cellen. Maar ‘het is onvoorstelbaar dat deze verfijnde en gecoördineerde macromoleculen [de enzymen, red.] plotseling ontstonden bij de oorsprong van het leven’, schrijft hij. Powner zoekt naar een manier om toch peptiden te krijgen zonder aminozuren, maar volgens Tour slaagt hij daar niet in vanwege de onrealistische reactiecondities.

Een laatste probleem met het maken van eiwitten is water. Water zorgt er in veel gevallen voor dat de eiwitten uit elkaar vallen in de losse aminozuurbouwstenen. Aminozuren zullen daarom al helemaal niet spontaan aan elkaar gaan zitten.

Nucleotiden, DNA en RNA

DNA

De informatie om eiwitten te maken, ligt opgeslagen op genetisch materiaal: DNA (desoxyribonucleïnezuur). DNA bestaat uit een nucleotide (een van vier verschillende bases) en een suiker die verbonden zijn met een fosfaatgroep. RNA lijkt op DNA, maar gebruikt één andere base en heeft een extra reactieve groep op de suiker zitten. Daardoor is het minder stabiel dan DNA: het valt eerder uit elkaar. Het maken van een keten DNA is net zo ingewikkeld als de hiervoor beschreven syntheses van eiwitten en suikerketens. 

Sommige atheïsten geloven desondanks dat het leven origineel is begonnen met de zogenoemde RNA-wereld. Die hypothese heeft een aantal grote obstakels, waarover je in dit artikel van ons meer kunt lezen. Is het leven dan begonnen met DNA? Ook niet, kun je in dit artikel van ons lezen. 

Vetten en fosfolipiden

Een laatste groep moleculen die essentieel is voor het leven op aarde is de lipiden- of vettengroep. Ze bestaan uit een hydrofiele kop die zich aangetrokken voelt tot water en een hydrofobe koolwaterstofstaart die water juist afstoot. Dit is waarvan de buiten- en binnenkant van een cel is gemaakt, het zogeheten membraan. 

Het membraan zorgt ervoor dat er geen verkeerde dingen de cel binnen kunnen komen, en bestaat meestal uit een dubbele laag (lipide bilaag). Die vormt op zo’n manier dat de hydrofobe staarten naar binnen zijn gericht en de hydrofiele koppen naar buiten. Hier heb je wel enige shear force (schuifkracht) voor nodig, wil je een goede opbrengst van zo’n dubbele laag krijgen. En ook bij lipidemoleculen heb je te maken met spiegelbeeldvormen (denk aan je handen). 

Sommige evolutionisten vermoeden dat een van de eerste stappen naar de eerste cel is gemaakt door de zogenoemde ‘protocel’. Dat is in wezen een bolletje gemaakt van een lipide bilaag, dat zich min of meer vanzelf kan vormen onder de juiste omstandigheden. Maar met zo’n ‘vetbolletje’ ben je nog lang niet bij leven.

Tour vertelt dat onderzoekers die dit soort protocellen maken dat met lipiden doen die al zuiver zijn en maar een van de twee spiegelbeeldvormen hebben. En dat is natuurlijk iets wat de prebiotische aarde zich niet heeft kunnen veroorloven.

De membraanlaag van een cel is ook complexer dan wat je bij een protocel ziet. In een echte cel heb je veelal te maken met eiwitten die dwars door de lipide bilaag steken. Dat kunnen kanalen zijn waar kleine moleculen doorheen kunnen, of motors om andere eiwitten naar binnen te trekken om wat voorbeelden te noemen. Sommige membraaneiwitten zitten alleen maar aan de buiten- of binnenkant. Het is dus een niet-symmetrisch geheel, waarvan onderzoekers niet weten hoe die is ontstaan, aldus Tour. 

Maar membraaneiwitten zijn niet de enige ‘decoraties’ die het membraan heeft. De suikermoleculen waar we het net over hadden spelen hier ook een rol. Op sommige plekken op het membraan zitten namelijk lange suikerketens aan de vetten vast. We hebben al gezien hoe ingewikkeld het is om een relatief kleine suikerketen spontaan te laten ontstaan. Hoe zo’n suikerketen dan ook nog aan het membraan vast komt te zitten is weer een hindernis waar de onderzoekers geen antwoord op hebben.

Informatie en het bouwen van een cel

Binnenkant van een cel
Een volgende hindernis waar veel mensen niet bij stilstaan is het ontstaan van informatie. Informatie is bijzonder omdat het niet van materiële aard is. De inkt of pixels die deze letters vormen bevatten van zichzelf geen informatie. Zelfs de letters hebben van zichzelf geen intrinsieke betekenis. De combinatie van pixels tot letters tot woorden krijgen de betekenis niet van binnenuit, maar juist van buitenaf. Daarom weten we dat ‘knuyilvar’ in onze taal geen betekenis heeft, maar ‘knijpfles’ weer wel.

Hetzelfde vind je in DNA en RNA. Zoals eerder gezegd bestaat DNA uit een nucleotide die vastzit aan een ketting van suiker- en fosfaatmoleculen. De nucleotide zelf bevat geen informatie, maar de volgorde van meerdere nucleotiden op zo’n suiker-fosfaatketting wel (genetische informatie). Maar informatie komt zoals gezegd van buiten. ‘De natuur’ kon tijdens een oeraarde helemaal niet weten wat die informatie zou moeten zijn, en welke volgorde de moleculen dus aan moeten houden. 

Maar stel dat we alle moleculen in hun juiste (chirale) vorm en de juiste informatie in handen zouden hebben, dan nog zou een team van de beste wetenschappers geen levende cel kunnen maken, meent Tour. ‘Heeft Craig Venter in 2010 of 2016 niet een synthetische cel gemaakt?’, zou je je kunnen afvragen. Nee, legt Tour uit, Venter nam de minimale hoeveelheid genen uit de ene bacterie, kopieerde die en stopte die in een andere cel. Dat is als de boordcomputer van de ene auto nemen en die in een andere auto stoppen. Heb je dan een auto gemaakt? Zie voor meer informatie over Craig Venters onderzoek ook dit, dit, en dit artikel.

Tour legt vervolgens een uitdaging voor: maak een minimale cel. Hij noemt alle eigenschappen en functies die in een cel aanwezig moeten zijn om gedefinieerd te kunnen worden als ‘leven’ (zoals hierboven beschreven). ‘Ook al heb je alle moleculen in de juiste vorm en in de juiste volgorde, dan nog kunnen wetenschappers dit niet omvormen tot een levende cel. Wat scheelt eraan? Je bent toch slimmer dan een gedachteloze vroege aarde? En toch wordt er beweert dat zo’n eerste cel vanzelf zou zijn ontstaan.’

Het Evangelie

James Tour eindigt met de Bijbel: ‘Als je de Heere Jezus Christus nog niet kent, dan roept de Bijbel je toe; in Jesaja 43:25 zegt God: ‘Ik, Ik ben het, Die uw overtredingen uitdelg, om Mijnentwil, en Ik gedenk uwer zonden niet.’ God zal je zonden wegvagen! En Jezus zegt in Mattheüs 11:28-29: ‘Komt herwaarts tot Mij, allen die vermoeid en belast zijt, en Ik zal u rust geven. Neemt Mijn juk op u, en leert van Mij, dat Ik zachtmoedig ben en nederig van hart; en gij zult rust vinden voor uw zielen.’ Kom tot Jezus, dát is de boodschap van het evangelie. Kom!’

Als laatste doet Tour een oproep.

‘Ongelovigen die niet van de fysieke opstanding van Jezus Christus overtuigd zijn, nodig ik uit om te horen hoe ik een gelovige ben geworden. Als je dat wilt, e-mail me dan via [email protected], dan komen we via Zoom samen en dan zal ik het met je delen. ’

Je kunt meer van James Tour zien op zijn YouTube-kanaal.

Lezing bekijken

Vanaf 1.01.28 begint Q&A

Meer lezen en zien? 

Meer artikelen over ‘abiogenese’
https://logos.nl/het-ontstaan-van-leven-zonder-schepper-abiogenese-blijkt-meer-en-meer-onmogelijk/

 

M
"

Artikelen

Artikelen