Oorsprong van het leven – voor dummy’s

by Robert Linzel | okt 28, 2022 | Biochemie, Logos Basics, Scheikunde

Oorsprong van het leven – voor dummy’s. In dit artikel legt de auteur in eenvoudig taalgebruik uit hoe het zit met de oorsprong van het leven. De verschillende aspecten van de oorsprongsvraag komen aan bod. In de inhoudsopgave kan je evt. kiezen voor een bepaald deelthema om te lezen.

Inhoudsopgave

1 Introductie
2 Wat bedoelen we met de oorsprong van het leven?
3 Wat is er nodig voor het spontaan ontstaan van het leven?
4 Wat zijn een aantal kernproblemen?
5 Zal de wetenschap ooit leven kunnen laten ontstaan en wat zou dat zeggen?
6 Wat is de Bijbelse visie?
7 Meer lezen over de oorsprong van het leven?
- - 7.0.1 Voetnoten

Introductie

In het negentiende-eeuwse Frankrijk werkte de bioloog en scheikundige Louis Pasteur hard aan het ontkrachten van de zogenoemde ‘Generatio spontanea’-theorie, ofwel de theorie dat leven uit niet-leven of dode materie spontaan ontstaat. Dat idee begon al met Aristoteles, die maden zag ontstaan uit dode dieren, of muizen uit een berg graan. Er was al eerder dan Pasteur aan generatio spontanea gemord, maar bij bacteriën bleef men denken dat ze spontaan ontstonden.

Pasteur toonde echter in 1860 aan (door de naar hem vernoemde techniek ‘pasteuriseren’) dat als je een product steriliseert door verhitting, bacteriën niet zomaar tevoorschijn komen. Daarmee leek abiogenese – zoals de theorie ook wel wordt genoemd – te zijn ontkracht. Tóch geloven veel mensen waaronder wetenschappers dat abiogenese wel degelijk plaats heeft gevonden—immers, we zien het leven toch om ons heen? Dat moet toch ergens vandaan zijn gekomen? En aangezien velen de optie van God als Schepper bij voorbaat al hebben verworpen, moet volgens hen het leven wel spontaan zijn ontstaan.

Wat bedoelen we met de oorsprong van het leven?

Om goed te begrijpen wat evolutionisten en aanverwanten bedoelen met ‘de oorsprong van het leven’ moeten we snappen hoe zij naar de geschiedenis van de aarde kijken. In een puur materialistisch en naturalistisch wereldbeeld begon het universum te bestaan na een ‘oerknal’ of een soortgelijke zeer snelle uitzetting van… tja, van ‘niets’, de singulariteit. Laten we de eerste tien miljard jaar daarna overslaan, waarin het universum en uiteindelijk ons zonnestelsel met onze planeet Aarde ongeveer hun huidige vorm kregen ¹. Omwille van de discussie nemen we de theorieën voor het ontstaan van de aarde even aan, zodat we de focus op het ontstaan van leven kunnen houden.

Volgens het naturalistische wereldbeeld ontstond de aarde ongeveer 4,54 miljard jaar geleden. De blauwe planeet was 140 miljoen jaar later zo mogelijk nóg blauwer dan dat hij nu is: er was bijna geen aardkorst boven water te vinden—de hele planeet was zo ongeveer bedekt (klinkt dat bekend?). De atmosfeer zag er ook heel anders uit dan tegenwoordig; men gaat uit van een ‘reducerende’ atmosfeer, wat zoveel wil zeggen als dat er geen zuurstof aanwezig was, maar voornamelijk stikstof (H₂), CO₂ en waterdamp, met hier en daar een beetje waterstof (H₂) en fosformoleculen (hoewel sommigen denken dat er juist al wél zuurstof was).

De oceanen waren licht zuur (pH 5,5) doordat CO₂ in het water oplost. In de oceanen had je zogenoemde hydrothermale bronnen. Dat zijn gaten in de aardkorst waar water met een hoge temperatuur en onder hoge druk doorheen stroomt. De temperatuur van de oceanen lag tussen de 100 en 150°C.

Ruw geschetst waren dit de omstandigheden waarin het allereerste leven zou zijn ontstaan: een hete, licht zure oceaan met een reducerende atmosfeer. In die oceaan waren mineralen en wat andere kleine moleculen aanwezig. Evolutionisten speculeren dat het allereerste leven in ieder geval vóór 3,77 miljard jaar geleden ontstond. Dat betekent dat sinds het ontstaan van de oceanen (4,4 miljard jaar geleden) er binnen 630 miljoen jaar leven moet zijn ontstaan. Maximaal 630 miljoen jaar om de basisbouwstenen van het leven te vormen, bij elkaar te brengen en de eerste ongeslachtelijke voortplanting te laten plaatsvinden.

Dit is dus wat we bedoelen met de oorsprong van het leven: op de vroege aarde in de hete oceanen kwamen op willekeurige wijze organische moleculen bij elkaar (uit niet-organische moleculen) die zich combineerden om zo de eerste levende cel te vormen.

Wat is er nodig voor het spontaan ontstaan van het leven?

Alle vormen van leven bestaan uit één of meerdere cellen. Om leven met meerdere cellen te krijgen heb je in ieder geval één cel nodig die als eerst moet zijn ontstaan. Wat heb je daarvoor nodig?

Een cel bestaat uit een paar standaardonderdelen:

Een celwand om de inhoud binnen te houden, schadelijke stoffen buiten en sommige stoffen binnen te laten;
Honderden moleculaire machientjes die allerlei functies uitoefenen, zoals informatie lezen, dingen recyclen, repareren, verplaatsen, etc.;
Instructies voor het maken van die machientjes, voor het delen van de cel, en veel andere informatie.

Al die onderdelen bestaan uit complexe structuren die uit allemaal kleinere moleculen zijn opgebouwd. De structuren vallen in één van de volgende vier categorieën: proteïnen (eiwitten), nucleïnezuren, lipiden en koolhydraten (suikerketens). Zie onder Wat zijn een aantal kernproblemen het kopje Chemische problemen.

Voor het ontstaan van de eerste levende cel zijn deze onderdelen dus cruciaal. Ontbreekt de celwand (lipiden)? Dan drijven de onderdelen uit elkaar. Ontbreken de machines (eiwitten)? Dan staan alle chemische processen en communicatie in de cel stil. Ontbreken de instructies (genetisch materiaal/DNA)? Dan kunnen er geen machines gemaakt worden.

Wat zijn een aantal kernproblemen?

Afstandsproblemen

Stel nu dat alle celonderdelen uit zichzelf zijn ontstaan. Dan heb je het probleem van de afstand. De onderdelen moeten namelijk wel op de juiste plek komen. Als de machines bijvoorbeeld buiten de celwand liggen, heb je vrij weinig aan je machines. Bij de allereerste cel moesten al die onderdelen zich dus op precies de juiste plek en tijd bij elkaar bevinden én op de juiste manier in elkaar grijpen. En dat in een oceaan die de héle aarde bedekte, met meteorietinslagen, vulkaanuitbarstingen, en hevige stormen die de vroege planeet teisterden. Als de genetische code op 10 meter, 100 kilometer of helemaal aan de andere kant van de aardbol ligt ten opzichte van de celwand, dan wordt het in elkaar zetten een moeilijk verhaal. En dat moet ook maar spontaan gebeuren natuurlijk.

Informatieproblemen

De eiwitten en het DNA in onze cellen bestaan uit enorm lange ketens (polymeren) van kleine moleculen, als een soort schakelketting. Anders dan de schakelketting – waarbij elke schakel hetzelfde is – bestaan eiwitten en DNA uit steeds verschillende moleculen. Die kun je zien als de letters van het alfabet. Letters hebben van zichzelf geen betekenis. Dat zie je goed als je een aantal willekeurige letters achter elkaar zet: iwqrhvb. Deze lettercombinatie bevat geen informatie, ondanks dat het uit letters bestaat.

Hetzelfde geldt voor bijvoorbeeld DNA. DNA bestaat uit vier verschillende nucleobasen (zie ‘Chemische problemen’ hieronder voor meer info) die aan een ketting van suiker-fosfaat-moleculen vastzitten. De vier nucleobasen hebben we namen en letters gegeven: Thymine (T), Guanine (G), Adenosine (A) en Cytosine (C). Deze vier ‘letters’ functioneren ongeveer hetzelfde als ons alfabet; specifieke combinaties bevatten informatie en willekeurige volgordes bevatten nonsens.

Als het leven inderdaad op willekeurige wijze is ontstaan, dan moet informatie vanzelf zijn ontstaan. Het probleem is dat er geen chemische of natuurkundige connectie bestaat tussen de informatie die gecodeerd staat op het DNA en het DNA-molecuul zelf. Net als dat er geen natuurkundige of chemische connectie bestaat tussen letters en uitspraak van woorden. Informatie staat los van een informatiedrager. Informatie is altijd het gevolg van een intelligente bron. Informatie in DNA, RNA en eiwitten is dus een argument voor een intelligente Ontwerper, en een argument tegen het spontaan ontstaan van leven.

Kans-/tijdsproblemen

Evolutionisten strooien regelmatig met de term ‘miljoenen of biljoenen jaren’. Ze geloven of verwachten dat, als er maar genoeg tijd is, er dingen kunnen gebeuren die je eigenlijk niet zou verwachten. Hetzelfde geldt voor het ontstaan van leven en de daarop volgende evolutie van dat eerste leven. De kans dat een klein eiwit of een RNA-molecuul ontstaat in de juiste, informatie-dragende volgorde is uitzonderlijk klein. En een grote hoeveelheid tijd helpt daar niet bij; vaak werkt het juist tegen!

Hoe klein is die kans dan daadwerkelijk? De volgende berekening is gebaseerd op een uitgebreidere en diepere discussie van Creation Ministries International, en hier kort samengevat. Stel je voor dat er een klein eiwit van slechts 150 aminozuren vanzelf moet ontstaan (voor meer uitleg over aminozuren/eiwitten, zie Chemische problemen). Er zijn 20 verschillende aminozuren waarvan er dan 150 in één keer op de juiste manier aan elkaar moeten gaan zitten. Die kans is 0.00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001%, ofwel 1 op 10¹⁹⁵. Dat is praktisch nul. Ter vergelijking: een biljoen jaar heeft twaalf nullen: 1.000.000.000.000.

Dit is nog maar één relatief klein eiwit, terwijl je er een paar honderd nodig hebt, die vaak veel groter zijn, en dan hebben we het nog niet over DNA gehad waarvoor vergelijkbare problemen gelden.

Chemische problemen

Zowel DNA, RNA als eiwitten zijn lange ketens van heel veel kleine moleculen, polymeren genoemd (poly- = veel, -meer = deel). Eiwitten zijn opgebouwd uit twintig aminozuren, terwijl DNA en RNA bestaan uit een suiker-fosfaatketen met daaraan een van vijf mogelijke nucleobasen: guanine, cytosine, adenine, thymine (alleen DNA) en uracil (alleen RNA). In het lichaam hebben je cellen veel machientjes (die ook uit eiwitten bestaan) om polymeren te maken uit de losse onderdelen. Die machientjes waren natuurlijk niet aanwezig toen de eerste cel zogezegd moest ontstaan. Er zijn dan ook wat problemen met het spontaan ontstaan van polymeren.

Ten eerste het ontstaan van de bouwstenen. Al het leven op aarde gebruikt dezelfde twintig aminozuren (met heel weinig uitzonderingen). Hoe wist ‘de natuur’ welke twintig er gemaakt moesten worden? Er was namelijk – volgens de theorie – geen intelligente bron die kon kiezen of plannen. Er moet dus heel veel trial en error zijn geweest. Mensen gebruiken ook veel trial en error, maar ons voordeel is dat we na een fout kunnen redeneren waarom dat is gebeurd om daarna gericht iets anders te proberen. ‘De natuur’ weet dat niet en kan wel honderd keer hetzelfde proberen zonder dat het werkt.

In het lab maken scheikundigen ook eiwitten of andere biologische polymeren, zoals DNA of ‘suikerketens’ (koolhydraten). Daar maken ze gebruik van trucjes om de verschillende bouwstenen reactiever te maken, zodat ze makkelijker aan elkaar komen te zitten. Maar de bouwstenen kunnen vaak op verschillende manieren aan elkaar gaan zitten. Daarom zetten chemici zogenoemde beschermgroepen op de plekken waar de bouwstenen niet moeten reageren.

Bij het ontstaan van het eerste leven was die luxe niet aanwezig. Alle polymeren moeten toevallig op de juiste manier aan elkaar gaan zitten, zonder te weten op welke positie dat moet en zonder bescherming of activatie. Áls ze al een connectie aangaan of verbonden blijven.

In het lab passen scheikundigen namelijk nóg een trucje toe: reacties ‘droog’ houden. Veel chemische reacties kunnen namelijk twee kanten op. Bij het koppelen van aminozuren om eiwitten te bouwen ontstaat water. Zou je een koppeling doen en verder niks doen met je reactiemengsel, dan heb je een grote kans dat het ontstane water de koppeling weer ongedaan maakt. Dus doen chemici de koppeling niet in water maar in een organisch oplosmiddel (dat vaak ook nog schadelijk voor bestaand leven is) dat ze flink koelen en voegen ze stoffen toe die het water dat ontstaat onttrekt aan de omgeving.

Het ontstaan van de eerste levende cel vond volgens de aannames plaats in de hete oceaan, een nogal waterige bedoening. Dat zorgt ervoor dat áls er al aminozuurkoppelingen plaatsvinden, die niet lang blijven bestaan, maar snel weer ontkoppelen door al het aanwezige water. Dat kost het molecuul namelijk minder energie dan aan elkaar blijven met zoveel water in de buurt. Dezelfde soort redeneringen kun je toepassen op nucleïnezuren en koolhydraten.

Voor een uitgebreidere en diepgaandere discussie over de chemische problemen, zie de samenvatting van de lezing van James Tour en deze prachtige simpele animatievideo’s.

Zal de wetenschap ooit leven kunnen laten ontstaan en wat zou dat zeggen?

Kort antwoord: ik denk niet dat het mogelijk is om leven te laten ontstaan.

Lang antwoord: wereldwijd zijn er een hoop briljante chemici bezig om te proberen een kunstmatige cel te maken, dus van zo simpel mogelijke bouwstenen een functionerende cel te maken. Zie bijvoorbeeld het Nederlandse consortium BaSyC (Building a Synthetic Cell). Ik denk zelf dat de wetenschap een heel eind gaat komen. Misschien dat we zelfs wel over honderd jaar een simpele cel helemaal in elkaar kunnen zetten. Dat zou het werk zijn van bijzonder intelligente schepsels (die weer gemaakt zijn door een nog veel intelligentere Schepper). Voor christenen zou dat absoluut geen probleem hoeven te zijn. Het laat zien hoeveel intelligentie er nodig is om zoiets ‘simpels’ als een cel te bouwen, en is naar mijn idee een goed argument voor het bestaan van een Intelligent Ontwerper.

Het spontaan laten ontstaan van leven is een andere zaak. ‘Spontaan’ houdt namelijk in: zonder tussenkomst van intelligentie. Dat soort experimenten lijken me allereerst lastig op te zetten. Ten tweede weten we niet precies wat de omstandigheden waren waarin het leven zou zijn ontstaan. Ten derde weten we niet hoe lang het duurde voor het leven zou zijn ontstaan. Uit een berekening hierboven was er zo’n 600 miljoen jaar beschikbaar voor het leven om te ontstaan. Zulke lange experimenten zijn op z’n zachtst gezegd onpraktisch. En gebaseerd op de hierboven aangehaalde problemen, zie ik geen wetenschappelijke reden om aan te nemen dat het leven vanzelf kan ontstaan, zelfs onder perfecte omstandigheden in het laboratorium.

Wat is de Bijbelse visie?

De Bijbel is duidelijk: God is Schepper van het leven. ‘In den beginne schiep God de Hemel en de Aarde’, lezen we in Genesis 1:1. Als we doorlezen, zien we dat God op dag drie als eerste ‘het groen, het zaaddragend gewas, en de vruchtbomen’ schiep. Het eerste ‘leven’ (in de 21^e-eeuwse biologische zin) waren dus plantencellen. Op dag vijf schiep God de waterdieren en luchtdieren en op dag zes de landdieren en de mens.

De Bijbel vertelt verder dat de eerste mensen God ongehoorzaam waren en zondigden. Daardoor kwam er een vloek over de schepping te liggen, wat resulteerde in doorns en distels, mutaties en ziekte, lijden en dood. Maar tegelijk met de vloek kwam er een belofte. De belofte van een Redder, die de vloek over de schepping zou breken en de mens weer zou herenigen met God. Die Redder is Jezus Christus, de God-Mens, die de zonde van de wereld op Zich nam, zodat ieder die in Hem gelooft, niet verloren gaat, maar eeuwig leven heeft.