103

Ontstaan van het eerste leven

Leven: Met leven wordt aangeduid een organisme dat erop gericht is om te groeien en/of zichzelf te vermenigvuldigen. Eigenschappen van leven zijn:

• Stofwisseling
• Groei
• Vermenigvuldiging

Een organisme kan worden gedefinieerd als een levend wezen met een eigen metabolisme. Planten, dieren, schimmels, algen, en bacteriën zijn allemaal organismen; virussen en prionen echter niet. Alle organismen op aarde welke "levend" worden genoemd bestaan minimaal uit een cel  met celmembraan, een cytoplasma, enzymen (bijna altijd eiwitten) en erfelijk materiaal. Het erfelijk materiaal bestaat uit dubbelstrengs DNA. Een cel is de kleinste eenheid waaruit alle organismen of levende wezens zijn opgebouwd). Een enzym is een organisch molecuul (meestal een eiwit of een verbinding daarmee), dat biologische reacties in een cel mogelijk maakt of versnelt. Een eiwit is een chemische verbinding bestaand uit een keten van aminozuren (chemische verbindingen die zowel een -COOH zuurgroep als en een aminogroep -NH₂ bezitten).

cytoplasma: In het cytoplasma zit de kern, die gebruik maakt van het plasma om stoffen uit te wisselen. Het cytoplasma tezamen met de kern heet het protoplasma. Het plasma wordt bij elkaar gehouden door het celmembraan, dat ervoor zorgt dat het niet vrij het lichaam instroomt. In het cytoplasma bevinden zich allerlei stoffen zoals eiwitdraden en ribosomen waaruit het RNA uit wordt opgebouwd. Ook bevinden zich er energiestoffen zoals glucose. Verder bevat het aminozuren, suikers en eiwitten. Het cytoplasma bestaat voor 60 tot 95% uit water. Bij plantaardige cellen kan dat zelfs 98% zijn. In het cytoplasma zitten mitochondriën, waarin zich ook erfelijk materiaal bevindt.

Hoe is het leven ontstaan?
De oudste fossielen zijn 3,5 miljard jaar oude stromateolieten. Hun hoge ouderdom geeft aan dat het leven al vrij vroeg in de geschiedenis van de aarde is ontstaan. De aarde zelf is 4,5 miljard jaar oud, het oudst bekende gesteente 3,8 miljard jaar ( begin van het Achaeïcum)). In die tijd zag de aarde er heel anders uit dan vandaag de dag. Er zat bijvoorbeeld geen zuurstof in de lucht. De oeratmosfeer bestond uit gassen zoals die tegenwoordig door vulkanen worden uitgestoten. De lucht bevatte grote hoeveelheden waterdamp, waterstof, stikstof, methaan, ammonia, zwavelwaterstof en koolmonoxide.

In het Issuan (3.800-3.500 miljoen jaar geleden), het eerste tijdvak van het Archaeïcum,  ontstonden in de oceaan uit de eiwitten die RNA/DNA-structuren ommantelen en "zichzelf konden vermenigvuldigen", de eerste primitieve levensvormen. Wij kennen deze als Oerbacteriën (Archaea). Het waren bacterieachtige vormen die gezamenlijk binnen één celmembraan leven: de "moedercel".  Bacteriën hebben geen aparte celkern, het DNA wordt niet door een membraan bijeengehouden. 

De oersoep

In 1953 maakte de Amerikaan Stanley Miller de oeratmosfeer na in een laboratorium en liet vervolgens elektrische vonken overspringen in het gasmengsel. Na enige tijd bleken aminozuren te zijn ontstaan. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten en dus ook van het leven. Miller's mengsel werd bekend onder de naam oersoep. Verdere experimenten wezen uit dat ook andere belangrijke bouwstoffen uit de oeratmosfeer konden worden gemaakt. Een kolf met oersoep is nog geen leven. De volgende stap is dat aminozuren in complexere moleculen moeten worden omgezet. De Amerikaanse wetenschapper Sidney Fox wist uit aminozuren eenvoudige eiwitten te maken. Deze eiwitten vallen echter uit elkaar in water. En volgens de theorie is het leven ontstaan in zee, waar water in overvloed is. Fox wist echter aan te tonen dat eiwitten zich konden groeperen in kleine bolletjes, omgeven door een membraan. Door de bescherming van het membraan vallen de eiwitten niet uit elkaar.

Chemische evolutie 
Bolletjes met eiwitten zijn ook nog geen leven. Maar het is een belangrijke stap. Sommige van de oudste fossielen lijken sterk op de microbolletjes van Fox. De bolletjes waren niet in staat om, net als recente cellen, hun eigen chemische stoffen te maken. Waarschijnlijk konden ze echter wel stoffen uit hun omgeving opnemen. Bolletjes die toevallig een gunstige samenstelling hadden, bleven langer bestaan dan andere. Zo was er al een soort evolutie, voordat er echt leven was. De experimenten van Miller en Fox geven ons een beeld van de eerste stappen die gedaan kunnen zijn, op weg naar het ontstaan van echt leven. Het is nog een grote stap van microbolletjes die stoffen uit hun omgeving moesten inslaan naar cellen die hun eigen stoffen maken. Het waren nog 'winkeltjes' in plaats van 'fabrieken'. De bolletjes vormden een aparte omgeving, waarin chemische reacties konden plaatsvinden, die daarbuiten niet mogelijk waren. Maar dergelijke 'fabriekjes' zijn nog geen leven.

Eerste levensvormen
Eén van de belangrijkste kenmerken van leven is dat het zichzelf kan vermeerderen. Dat gebeurt door middel van het DNA. DNA-moleculen bevatten de genetische code van organismen. Ouders geven hun DNA door aan hun kinderen, die daarmee een deel van de eigenschappen van de ouder overerven. Er zijn aanwijzingen dat de oudste levensvormen zich niet vermeerderden met DNA, maar met RNA. RNA-moleculen lijken sterk op DNA. Bij hogere organismen spelen ze een rol in de eiwitsynthese. Bij de eerste levensvormen waren ze waarschijnlijk ook de dragers van de erfelijke eigenschappen. Dat blijkt onder andere uit het feit dat sommige organellen eigen RNA bevatten. Organellen zijn onderdelen van een cel, waarvan men aanneemt dat zij ooit eigen levensvormen waren. Het mitochondrion is zo'n organel, dat vroeger waarschijnlijk een vrijlevende bacterie was. (z. Bacteria) Ergens in de evolutie is het opgegaan in een groter organisme. Dit verschijnsel noemen we endosymbiose.

Toen het leven op Aarde ontstond, bestond de atmosfeer voor een deel uit kooldioxide en was er geen vrije atmosferische zuurstof. Toen er algen ontstonden kon hun afvalproduct zuurstof van de fotosynthese in de atmosfeer terecht komen. Pas veel later kwamen er organismen die zelf geen fotosynthese meer hadden en als energiebron moesten vertrouwen op het afbreken van andere organismen onder gebruik van zuurstof. Zo bestaat er nu op Aarde een kringloop waarbij koolzuurgas uit de atmosfeer door planten wordt opgenomen en omgezet in suikers en polymeren daarvan, zoals cellulose, waarbij zuurstof vrijkomt. Andere organismen eten die planten en verteren ("verbranden") ze met behulp van zuurstof, waarbij weer energie vrijkomt die het organisme doet functioneren en waarbij daarnaast ook de koolzuur weer vrijkomt, die dan weer door planten kan worden opgenomen. Zo is uiteindelijk vrijwel al het leven op aarde van zonlicht afhankelijk.

De oudste fossielen
Het gereedschap van de moderne paleontoloog om het vroegere leven op aarde te ontrafelen valt op te delen in drie categorieën: macrofossielen (fossielen, die je met het blote oog en hooguit een loep kan bestuderen), microfossielen (die bestudeer je onder de microscoop) en tot slot moleculaire fossielen. De laatste groep wordt nog relatief kort bestudeerd. Met behulp van chemische analyse van de organische fractie van het sediment kan men moleculen vinden, die maar door één bepaalde groep organismen gemaakt is. Moleculen gemaakt door de Archaeaten zijn gevonden in gesteenten van 3,8 miljard jaar oud. Het zijn de Bacteria, en wel specifiek de Cyanobacteria die zo’n 3,5 miljard jaar geleden de oudste macrofossielen hebben geproduceerd: stromatolieten. Stromatolieten zijn dun gelaagde kalkstructuren.

Gemaakt: 31-10-04; laatst bijgewerkt: 26-01-07

colofon