Zuurstof inademen en koolstofdioxide uitademen, zoals de mens doet, is slechts een van de mogelijkheden die het leven op aarde heeft uitgedokterd. Vooral microben kunnen een manier van leven hebben die ‘buitenaards’ is voor ons. Misschien levert dat inzichten op om het overleven van de mens te bevorderen.
Ons brein heeft van de mens een uitzonderlijke soort gemaakt, maar dat neemt niet weg dat het zijn mankementen heeft. Zo lijkt het zich gemakkelijk te nestelen in vastgeroeste denkpatronen. Wij gaan er gemakshalve van uit dat het leven zich altijd gemanifesteerd heeft zoals wij het kennen. We zijn ook moeilijk tot nieuwe inzichten te brengen. Zo heeft het tot in de negentiende eeuw geduurd alvorens het idee dat diersoorten op korte termijn kunnen uitsterven ingang vond in het menselijk denken. Aanvankelijk werd dat uitsterven louter als een langzaam proces beschreven, tot wetenschappers minder dan vijftig jaar geleden bewijzen vonden van een catastrofe die tot het plotse verdwijnen van de dinosaurussen geleid heeft. Nu zien ze regelmatig zulke catastrofen.
Het is een dwaling te denken dat alle leven op dezelfde fundamentele manier georganiseerd is als dat van ons. Een quote uit een artikel in het vakblad New Scientist vat de inzichten daarrond goed samen: ‘De diversiteit van het leven op aarde is verbijsterend. Je hebt geen brein nodig om te kunnen leven, geen hart, geen ruggengraat. Je kunt overleven zonder zuurstof, zonder zonlicht, zelfs zonder twee cellen die zich tegen elkaar moeten aanwrijven. Je kunt leven zonder het gevoel oud te worden, in totale afzondering of gedurende eeuwen van overwintering. Zodra wetenschappers een nieuwe definitie lanceren van wat leven betekent, duikt er ergens iets op dat die definitie op de proef stelt.’
Methaan in plaats van water
Zelfs de meest elementaire levenselementen dreigen hun status te verliezen, als je maar hard genoeg zoekt. Het element koolstof lijkt wel een basisonderdeel van het leven te zijn. Het is alomtegenwoordig, zelfs in de ruimte, en het kan gemakkelijk uiteenlopende vormen aannemen (van potlood tot diamant). Ook water lijkt essentieel te zijn, omdat het als oplosmiddel fungeert – vloeistoffen zijn nu eenmaal gemakkelijker te verplaatsen dan vaste stoffen. Veel van de chemische stoffen die essentieel zijn voor het leven zoals wij het definiëren, worden opgelost in water.
Maar wetenschappers sluiten niet uit dat ammoniak of methaan water zouden kunnen vervangen als vloeistof voor het leven, hoewel ze minder extra voordelen lijken te verschaffen. Een recent overzicht van de beschikbare kennis in Frontiers in Microbiology waarschuwde ervoor dat wij vanuit een menselijk oogpunt te gemakkelijk over ‘extreme leefomstandigheden’ spreken als we kijken naar wat bepaalde microben doen om te overleven. Als je het vanuit het standpunt van die microben zou bekijken, zouden wij misschien model kunnen staan voor extreme leefomstandigheden, al was het maar door het gigantische effect dat we op een groot deel van de rest van het leven op aarde hebben.
Wat wij extreme leefomstandigheden noemen, zou van toepassing geweest kunnen zijn op een veel groter deel van de geschiedenis van de aarde dan dat waarin wij floreren. Je zou kunnen zeggen dat de geschiedenis van de mensheid amper 3 miljoen jaar overspant, of 6 miljoen jaar als je teruggaat tot de periode waarin onze lijn afsplitste van de richting naar de chimpansees, momenteel onze nauwste verwanten op de aarde. Voor de duidelijkheid: de aarde bestaat ongeveer 4,5 miljard jaar en het eerste leven zou zo’n 3,5 miljard jaar geleden zijn opgedoken.
Dat eerste leven bestond tot ongeveer een half miljard jaar geleden uitsluitend uit microben. Het vakblad Geology bracht vorige herfst sluitende evidentie voor wat beschouwd wordt als de alleroudste bekendste levensvorm op de aarde. Het betreft structuurtjes bekend als stromatolieten, die gevonden werden in rotsen in West-Australië en 3,48 miljard jaar geleden geleefd zouden hebben. De sleutel was de ontdekking dat de structuurtjes organische stoffen bevatten, die gelinkt konden worden aan biofilms: slijmerige laagjes die organismen soms vormen. Ze werden aangetroffen in pyriet: een mineraal dat ijzer en zwavel bevat. Het is bekend dat sommige moderne microben op basis van zwavel leven en pyriet als afvalproduct produceren.
De studie van het alleroudste leven op aarde zit vol wolfijzers en schietgeweren. Astrobiologe Emmanuelle Javaux van de Luikse universiteit vatte de inzichten vorige zomer samen in een overzichtsartikel in Nature. Ze vertrok van de vaststelling dat de aarde al 4,3 miljard jaar lang leven zou kunnen herbergen. De zoektocht naar de alleroudste emanaties van leven wordt sterk gehinderd doordat de allereerste levensvormen slechts rudimentaire fossiliseerbare structuurtjes hadden, die gemakkelijk kunnen worden nagebootst door gewone chemische of geologische processen. Zo is het een huzarenstukje om gewoon organisch materiaal te onderscheiden van organisch materiaal dat aan leven gekoppeld was.
Nieuwe waarnemingstechnieken moeten de inzichten vergroten. Wetenschappers worden daarbij geholpen door het feit dat er op enkele plekken in Australië nog altijd levende stromatolieten aanwezig zijn, zodat ze zicht hebben op waar ze naar moeten zoeken. Stromatolieten zijn steenachtige structuren die gevormd worden door biofilmproducerende microben. Maar het is uiteraard niet uitgesloten dat het vroege leven heel andere vormen kende, die we nu over het hoofd zien omdat we niet weten waar we naar moeten zoeken.
In afwijkende landschappen op veel plaatsen in de wereld, zoals de Frasassi-grotten in Italië of de zure meren in de Ethiopische Danakil-depressie, vinden wetenschappers microben die er een compleet ander basisleven op na houden dan wij. Ze overleven in extreem zure of zwavelrijke omstandigheden, waarbij ze gebruikmaken van een andere chemie voor hun stofwisseling dan die wij kennen. Zuurstof inademen en koolstofdioxide uitademen, zoals de mens doet, is slechts een van de mogelijkheden die het leven op aarde heeft uitgedokterd – de planten, bijvoorbeeld, doen in hun proces van fotosynthese het omgekeerde. Het maakt niet uit op basis van welke chemie organismen zich van energie voorzien, zolang ze maar in staat zijn zich voort te planten.
Eerste celkern
Het eerste leven met een echte celkern zou zo’n 1,65 miljard jaar geleden opgedoken zijn. Het was daarna nog meer dan een miljard jaar wachten op complex meercellig leven. Het is aannemelijk dat de eerste bacteriën onder water ontstonden, maar ze zouden al relatief snel (na ongeveer 200 miljoen jaar) aan land zijn geraakt. Iets vergelijkbaars is gebeurd met het meercellige leven. Volgens de huidige kennis dook het zo’n 539 miljoen jaar geleden in de zee op, om snel algemeen te worden. Vanaf 430 miljoen jaar geleden zou het geleidelijk ook het land gekoloniseerd hebben.
Een recent rapport in New Scientist stelt dat het marien leven in de loop van zijn lange evolutie vier grote fasen kende, waarvan twee met levensvormen die vandaag als ‘uiterst vreemd’ worden ervaren. Een eerste groep wordt gekenmerkt door trilobieten: vrij grote pissebedachtige beesten met borsteldraden die volledig uit het plaatje zijn verdwenen – gelukkig zijn er prachtige fossielen van bewaard. De tweede groep werd, althans volgens de fossiele vondsten, gedomineerd door brachiopoden (‘armpotigen’) met een schelpachtig voorkomen – daar zijn nog een aantal vertegenwoordigers van in leven. Vervolgens was er een fase met opvallend veel cephalopoden (waarvan inktvissen vertegenwoordigers zijn) en ten slotte met mollusken: weekdieren zoals mossels en slakken. Al die groepen zouden in tropische wateren ontstaan zijn en vandaaruit de wereld veroverd hebben.
Mysterieuze catastrofe
De vakbladen Nature en Science publiceren de laatste jaren geregeld beschrijvingen van nieuwe meercellige diersoorten die ouder zouden zijn dan de trilobieten. Ze zouden teruggaan tot minstens 551 miljoen jaar geleden, dus 12 miljoen jaar vroeger dan het tot voor kort geldende startpunt van het complexe leven. Het lijkt wetenschappelijke spielerei, zo’n geologische oogwenk, maar als je bedenkt wat er in de 12 miljoen jaar in de aanloop naar de moderne mens allemaal veranderd is, kun je niet anders dan er ernstig naar kijken.
Zeker omdat het niet uitgesloten is dat er in die periode een catastrofe optrad, vergelijkbaar met die van de komeet die 66 miljoen jaar geleden op de aarde insloeg en het einde van de dinosaurussen betekende (en tegelijk het begin van het succes van de zoogdieren). De mogelijke catastrofe staat in wetenschappelijke kringen bekend als de ‘Shuram-gebeurtenis’, maar onderzoekers hebben er geen flauw idee van wat ze zou kunnen zijn geweest. Een van de mogelijkheden is een plotse opwarming van het aardklimaat als gevolg van een grote productie van methaan – ook vandaag een belangrijk broeikasgas. Maar zeker is dat niet.
De fossiele dieren die voor die periode gevonden worden, zijn zo vreemd dat ze, volgens een betrokken onderzoeker, ‘evengoed als leven van een andere planeet kunnen doorgaan’. Het is trouwens evident dat deze zoektocht naar alternatieve levensmechanismen repercussies heeft voor de speurtocht naar leven elders in de ruimte: de kans dat het leven daar er identiek uitziet als bij ons is niet groot.
De oudste fossielen zijn beestjes als Fractofusus: een kokerdier dat 40 centimeter lang zou zijn geworden en schubben had met een zichzelf herhalende fraktaalstructuur. Het zou zich hebben voortgeplant op een manier vergelijkbaar met die van de huidige sponzen, wat wetenschappers deed besluiten dat voortplantingsmechanismen in de loop der tijden meer geconserveerd zouden zijn dan anatomische structuren. Een ander stokoud beestje was Yilingia, dat al veel van een primitieve zeeworm had. Volgens sommige paleontologen zouden voorlopers van deze beestjes al 570 miljoen jaar geleden zijn opgedoken.
100 dagen zonder zuurstof
In een ander kader bracht New Scientist onlangs een overzicht van herkenbare dieren die evenwel zo’n bizarre levensstijl hebben ontwikkeld dat het bijna onbegrijpelijk is dat ze in staat zijn te overleven. Ze doen dat daarenboven met een genenpakket vergelijkbaar met het onze. De in Amerika algemene westerse sierschildpad, bijvoorbeeld, is in staat om meer dan honderd dagen zonder zuurstof in leven te blijven onder het ijs in meren.
De verwante Amerikaanse roodwangschildpad, bij ons massaal gedumpt door mensen die een klein schildpadje voor hun aquarium kochten zonder te beseffen dat het beestje groot zou worden, houdt dat ‘amper’ zes weken vol, maar in zijn geval is het mechanisme bekend waarmee hij dat realiseert. Zo produceert hij in de rusttijd minder schadelijke afvalstoffen en heeft hij speciale eiwitten om zijn cellen te beschermen tegen schade door zuurstofgebrek. Wetenschappers hebben vastgesteld dat wij in principe dezelfde genetische mechanismen hebben, maar we gebruiken ze in een andere context. De hoop rijst dat artsen-technologen een mens genetisch kunnen bijsturen om dergelijke biologische huzarenstukjes te kopiëren.
De Noord-Amerikaanse boskikker overleeft de harde winters van Canada en Alaska door grotendeels te bevriezen: twee derde van zijn lichaam kan zo hard als ijs worden. Zijn stofwisseling vertraagt enorm, terwijl hij een antivriesstof produceert die water uit zijn cellen zuigt, zodat ze niet beschadigd kunnen worden. De cellen krimpen in dat proces en het ijs vormt zich in de zones ertussen. Wetenschappers hopen daarin een methode te vinden om organen voor transplantatie beter te kunnen bewaren.
De ultieme overlevers in onze moderne wereld zijn de beerdiertjes: piepkleine beestjes die extreme omstandigheden aankunnen. Ze kunnen als het ware de tijd stil doen staan en in een bijna levenloze fase gaan, waarin ze misschien wel honderden jaren kunnen blijven zitten. Ze zijn bestand tegen uitdroging, zuurstofgebrek en extreme temperaturen, zowel lage als hoge. Ze hebben zelfs een verblijf van tien dagen in de ruimte overleefd, zonder beschermingsmaatregelen.
Helaas meldde een recente studie in Scientific Advances dat zelfs deze overlevingskampioenen niet bestand zouden zijn tegen aanhoudend hoge temperaturen. De recordmetingen behelsden experimenten waarin de diertjes korte tijd bij hoge temperaturen werden gehouden. Als ze lange tijd moeten overleven in temperaturen die permanent een stuk hoger liggen dan wat ze gewend zijn, leggen op zijn minst sommige soorten toch het loodje. De klimaatopwarming kan dus minstens een aantal van deze diertjes in de problemen brengen. Maar het valt te verwachten dat ze zich op termijn wel zullen aanpassen. Beerdiertjes zijn flexibeler dan de mens en veel andere soorten in hun strijd voor de overleving. Over hen hoeven we ons geen zorgen te maken.
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier
