De Gids. Jaargang 162

[p. 845]

Harry N.A. Priem
Naar een biofysisch universum?

Le silence éternel de ces espaces infinis m'effraie.
(Blaise Pascal, Pensées III, 206, 1670)

Is leven een exclusief kenmerk van onze planeet? Is het alleen op aarde ontstaan, of is biogenese, het ontstaan van leven uit dode materie, een universeel proces? Zijn wij alleen in het universum, of zijn er ook elders intelligente wezens? Deze vragen hebben mensen van oudsher beziggehouden. Al in de klassieke oudheid waren er natuurfilosofen die meenden dat er ook buiten de aarde leven moet zijn. Zij baseerden zich daarbij op de ideeën van Demokritos, die in de vijfde eeuw vóór onze jaartelling in zijn leer der atomen stelde dat de natuurwetten universeel zijn, dat de aarde daarbij geen uitzonderingspositie bekleedt, en dat de natuurwetten ernaar streven alles te doen gebeuren wat fysisch mogelijk is. Doorredenerend vanuit deze stellingen kwam Lucretius tweeduizend jaar geleden tot de opvatting dat er elders in de ruimte andere werelden als de aarde moeten bestaan, bewoond door andere mensen en dieren. Speculaties over mogelijk buitenaards leven, zelfs van intelligente wezens, kregen echter pas enige vaste grond onder de voeten met de opkomst van de copernicaanse kosmologie in de zestiende eeuw. Zo schreef Christiaan Huygens in zijn boek Cosmotheoros - de wereldbeschouwer (1698) dat ‘het niet onredelijk is te stellen, dat alle de andere Klooten [planeten], zoo wel als de onze, hare cieraden, en misschien ook hare bewoners, hebben’. Dergelijke ideeën werden wegens hun wereldbeschouwelijke consequenties door de Kerk fel bestreden. De filosoof en monnik Giordano Bruno moest ze in 1600 zelfs met de dood op de brandstapel bekopen.

In de tijd van Giordano Bruno heerste nog het door de Kerk gedogmatiseerde geocentrische wereldbeeld van Ptolemaeus, waarin de aarde een unieke positie bekleedt in het centrum van het universum. In de volgende eeuwen brak echter het besef door dat onze planeet slechts één lid is van een familie van planeten die draaien om de zon. Dit zonnestelsel maakt deel uit van een schier oneindig heelal met vele miljarden sterren, waaronder talloze als onze zon. Vele daarvan, zo niet alle, moeten een gevolg van planeten hebben, waaronder miljoenen van het ‘aardse’ type - in ons zonnestelsel behoren daartoe onder andere onze zusterplaneten Venus en Mars. Hoewel het bestaan van planetenstelsels buiten het onze (nog) niet door directe observatie is bewezen, verloor onze thuisplaneet daarmee zijn uniciteit. Kan het ‘verschijnsel leven’ dan wél een exclusief aards verschijnsel zijn? Dit wordt tegenwoordig niet waarschijnlijk geacht. Als er zoveel ‘aardse’ planeten zijn, is niet goed denkbaar dat alleen op onze planeet de fysische condities tot ontwikkeling zouden zijn gekomen die leven mogelijk maken. Zo heeft het ruimteonderzoek van de laatste decennia bijvoorbeeld aangetoond dat op onze buurplaneet Mars lang geleden condities heersten die overeenkwamen met die waaronder op aarde terzelfdertijd overvloedig microbieel leven gedijde.

[p. 846]

Leven

Een fundamenteel probleem bij het debat over extraterrestrisch leven is, dat op de eeuwenoude vraag ‘Wat is Leven’ nog steeds geen bevredigend antwoord is te geven. Is leven een beginsel sui generis, dat niet als een bepaalde vorm of uiting van de materie verklaard kan worden? Of is leven niets anders dan een bepaalde vorm of gedragslijn van de materie, zonder dat er sprake is van een fundamentele tegenstelling tussen levende en niet-levende systemen? De afzonderlijke fysiologische processen in een levend organisme verlopen volgens de algemeen geldende fysisch-chemische wetmatigheden, maar tezamen vormen zij een gecördineerd geheel. Dat is echter niet iets wat tot levende systemen beperkt is: een kristal is eveneens een gecoördineerd geheel van atomen of ionen, ingesteld op een bepaalde uitwendige vorm. Ook zijn er tal van grensgebieden van levende en niet-levende materie, bijvoorbeeld virussen.

Hoe dan ook, vooralsnog kan leven uitsluitend worden beschreven in zijn verschijningsvorm, niet gedefinieerd. Zoals literair verwoord door Thomas Mann in Der Zauberberg is leven ‘ein Phänomen, getragen von Materie, gleich dem Regenbogen auf dem Wasserfall und gleich der Flamme’. Levende materie onderscheidt zich van de dode stof als een organisatievorm van moleculen die zijn omgeving niet passief hoeft te ondergaan, maar prikkels van buiten waarneemt en daarop reageert. Zij bezit het vermogen om mengsels van voornamelijk koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof, die onder normale omstandigheden inactief zijn, tot complexe verbindingen te doen reageren, om te groeien, en om zichzelf te kopiëren. Levende organismen zijn dynamische, door een membraan begrensde systemen die stoffen en energie met hun omgeving uitwisselen. In de begrippen van de thermodynamica zijn het ‘eilanden van ordening in een oceaan van chaos’, die in staat zijn hun entropie te verlagen door opname van energie uit hun omgeving. De energie wordt geleverd door chemische reacties (chemosynthese), zonlicht (fotosynthese), vulkanische warmte, of het eten en verteren (verbranden) van andere organismen.

Biogenese

Het debat over buitenaards leven zou veel zinvoller gevoerd kunnen worden als we meer wisten over de wijze waarop leven ontstaat. Dit is echter nog steeds een onopgelost probleem. De biochemie leert dat alle levensvormen op aarde, van bacteriën tot en met de hoogst ontwikkelde planten en dieren, steeds gebruik maken van dezelfde structuren, dezelfde moleculen en dezelfde chemische reacties - ongeacht de leefomgeving en de aanpassingen daaraan. De conventionele opvatting is dat de biochemische verwantschap en de opvolging van fossielen door de geologische tijd erop wijzen dat alle organismen afstammen van één enkele populatie oercellen, die omstreeks 4 miljard jaar geleden leefde.

Sporen van overvloedig (microbieel) leven zijn al te vinden in de oudste op aarde bekende sedimenten (in West-Groenland). Die zijn 3,8 miljard jaar geleden afgezet in een warme (70° à 80°C) oceanische omgeving onder een dampkring grotendeels bestaande uit kooldioxide (CO₂) en stikstof (N₂) - tot twee miljard jaar geleden was er nauwelijks vrije zuurstof (O₂). Het eerste leven moet dus eerder op aarde zijn verschenen, in de 770 miljoen jaar tussen de geboorte van het zonnestelsel 4,57 miljard jaar geleden en de depositie van de sedimenten. Volgens het conventionele scenario zou leven zijn ontstaan onder een reducerende dampkring in een warme omgeving met vloeibaar water, onder toevoer van energie. Lange tijd dacht men dat de dampkring van de aarde in haar vroege jeugd, de eerste paar honderd miljoen jaar, bestond uit ammoniak (NH₃), methaan (CH₄) en waterstof (H₂). In een dergelijk reducerend gasmengsel doen allerlei reacties complexe koolstofhoudende verbindingen

[p. 847]

(‘organisch’ in chemische zin) ontstaan. Experimenteel is dit gerealiseerd met elektrische ontladingen (het beroemde experiment van Stanley Miller en Harold Urey in 1952), ultraviolet licht, röntgenstraling, radioactiviteit, schokgolven en passage van het gasmengsel over verhitte mineralen. Veertien van de twintig aminozuren waaruit eiwitmoleculen bestaan, zijn zo op eenvoudige wijze te synthetiseren. Dit leek antwoord te geven op de vraag hoe de prebiotische vorming van de chemische bouwstenen van het leven zich kon hebben voltrokken. De abiogeen gevormde ‘organische’ moleculen zouden zich vervolgens tot levende materie hebben georganiseerd. Men speelt wel met het idee dat hieraan een universeel maar nog onbegrepen basisprincipe ten grondslag ligt dat zelforganisatie wordt genoemd. Dit principe zou ervoor verantwoordelijk zijn dat fysische systemen waaraan energie wordt toegevoerd, steeds complexer van structuur worden - zoals de turbulenties in de dampkring toenemen naarmate de lucht warmer wordt, tot tenslotte de gestructureerde patronen van tornado's en orkanen ontstaan.

Tegenwoordig huldigen geologen echter de opvatting dat de initiële CH₄-NH₃-H₂ dampkring slechts zeer kort, hoogstens enkele miljoenen jaren heeft bestaan. Toen kreeg de aarde de CO₂-N₂ dampkring (de geoxydeerde vormen van CH₄ en NH₃) die zich tot twee miljard jaar geleden heeft gehandhaafd. In een dergelijk gasmengsel is de abiogene synthese van ‘organische’ moleculen niet of nauwelijks mogelijk. Het is uiterst onwaarschijnlijk dat alle stappen van de chemische evolutie die tot het ontstaan van leven leidden, zich kunnen hebben voltrokken tijdens de korte reducerende beginfase van de aardse dampkring. Sommige onderzoekers menen dan ook dat het eerste leven niet op of nabij het oppervlak is ontstaan, maar in warme milieus waar altijd reducerende omstandigheden heersen - bijvoorbeeld in poriënwater van gesteenten diep onder het oppervlak, of bij vulkanen of zwavelrijke heetwaterbronnen op de oceaanbodem.

Al deze scenario's gaan uit van een autochtone, ‘aardse’ oorsprong van het leven. De laatste jaren is er daarentegen toenemende, hernieuwde belangstelling voor de Panspermiatheorie die in 1901 werd voorgesteld door de chemicus/nobelprijswinnaar Svante Arrhenius. Deze theorie stelt dat het leven zijn oorsprong buiten de aarde vindt, misschien als resultaat van processen die miljarden jaren in beslag hebben genomen. Levenskiemen zouden met kometen en interplanetair stof op aarde (en andere hemellichamen) zijn gebracht en aan de basis staan van de evolutionaire ontwikkeling van het leven. Dit alles is nog steeds speculatief, maar wél is in de laatste decennia aangetoond dat interstellair stof, kometen, en sommige planetoïden en meteorieten (de koolstofhoudende chondrieten) wemelen van allerlei complexe koolstofhoudende verbindingen. Deze vinden hun oorsprong in interstellaire stofwolken, door reacties tussen ionen (ontstaan door de absorptie van sterrenlicht of door interactie met kosmische stralingsdeeltjes) en moleculen. Zo zijn moleculen van methaan en ammoniak wijdverbreid. Zij synthetiseren onder toevoer van energie gemakkelijk tot waterstofcyanide (hcn), dat met ammoniak en water (eveneens wijdverbreid in het heelal) polymeriseert tot aminozuren (bouwstenen van proteïnen) en heterocyclische verbindingen van koolstof, stikstof en waterstof (bouwstenen van dna en rna). Deze moleculen, die de chemische bouwstenen van het leven zijn, worden overal in het heelal aangetroffen - de infraroodspectra van interstellaire wolken laten een frappant goede overeenkomst zien met die van brokstukken van bacteriën. Dit pleit ervoor dat, zo niet het leven, dan toch de moleculaire bouwstenen van het leven van buitenaardse oorsprong zijn. Wanneer zij op een hemellichaam worden ‘gezaaid’, kunnen zij, als de fysische condities er gunstig zijn, aan de basis staan van de keten van chemische reacties die tot het ontstaan van leven leidt. Bob Dylans bekende strofe dat wij van sterrenstof zijn gemaakt, slaat dan niet al-

[p. 848]

leen op de atomaire bouwstenen van ons lichaam (die, behalve waterstof, alle geërfd zijn van een ster groter en ouder dan onze zon), maar ook op de moleculaire bouwstenen.

Extraterrestrisch leven

Tenzij men aanneemt dat leven een metafysisch verschijnsel is dat los staat van de universele natuurwetten, moet men er wel van uitgaan dat leven in een of andere vorm ook elders in het universum voorkomt. Deze opvatting wint onder astronomen, geologen en biologen steeds meer veld, waarbij vooralsnog in eerste instantie aan microbieel leven wordt gedacht. De speurtocht naar micro-organismen op andere hemellichamen staat dan ook hoog op de agenda van de Amerikaanse organisatie voor ruimteonderzoek nasa. Hogere levensvormen, en zeker een intelligente soort als het genus Homo komen binnen ons zonnestelsel alleen op aarde voor. De vraag of elders in het heelal wél een of andere vorm van hoger, eventueel intelligent leven bestaat, is echter nog volstrekt open.

In de hoop hierop antwoord te vinden is er sinds enkele jaren het door nasa gesteunde seti-programma (Search for Extraterrestrial Intelligence), waarbij het hele spectrum van radiogolven uit het heelal systematisch wordt geanalyseerd op mogelijke aanwijzingen voor een technologisch geavanceerde civilisatie. Tot dusverre tevergeefs - tussen het kosmisch geruis van natuurlijke stralingsbronnen is nog niets gevonden dat lijkt op de vingerafdruk van buitenaardse intelligentie. Mocht de speurtocht tóch ooit succes hebben, dan zal dit ongetwijfeld een schokeffect op ons wereldbeeld hebben. De filosoof Bertrand Russell merkte ooit op: ‘There are two possibilities. Maybe we're alone [in the Universe]. Maybe we're not. Both are equally frightening.’ Als ooit mocht blijken dat we niet alleen zijn, zal Homo sapiens zich opnieuw op zijn eigen plaats in het heelal moeten bezinnen. In religieuze kringen lijkt men echter met het mogelijke bestaan van ‘aliens’ al niet veel moeite meer te hebben, al stelt het vooral de adamistische religies (jodendom, christendom en islam, alle met een directe band tussen de mens en zijn schepper) voor lastige vragen. Zo wordt in het Vaticaan ijverig gestudeerd op de status van dergelijke wezens ten aanzien van de erfzonde, en breken sommige rabbijnen zich het hoofd over hun eventuele opname in het jodendom: kunnen zij wel een briet (besnijdenis) krijgen?

Microbieel leven

Vooralsnog figureren ‘aliens’ echter uitsluitend in science fiction. In het wetenschappelijk debat over extraterrestrisch leven gaat het over eventuele microbiële levensvormen, zoals bacteriën - primitieve eencellige organismen zonder celkern die hun dna-moleculen niet in chromosomen gerangschikt hebben. Op aarde verschenen deze al bijna vier miljard jaar geleden. De eerste levensvormen verschilden waarschijnlijk niet veel van sommige hedendaagse archaebacteriën die leven in hete, zuurstofloze milieus. Archaebacteriën onderscheiden zich van alle andere bacteriën (de eubacteriën) door een fundamenteel andere opbouw van het celmembraan, wat hen bestand maakt tegen hoge temperaturen. Tot omstreeks twee miljard jaar geleden bleven bacteriën de enige levensvormen en nog steeds maken zij de essentie uit van de aardse biosfeer. Naast de bacteriële wereld is er slechts een bescheiden rol weggelegd voor de meercellige organismen die de zichtbare levende natuur vorm geven en die wij in het dagelijks spraakgebruik de flora en de fauna noemen.

Onder planetologen is lang gespeculeerd over levensvormen op andere planeten. Dit gold in het bijzonder onze buren Venus en Mars, die op grond van telescopische observaties lange tijd hoge ogen gooiden als oorden waar misschien een biosfeer zou bestaan. In het begin van het ruimtevaarttijdperk zetten

[p. 849]

waarnemingen met behulp van ruimtesondes echter een domper op die speculaties. Venus, de planeet waarvan men het tot ver in de twintigste eeuw mogelijk achtte dat er min of meer ‘aardse’ condities zouden heersen, een wereld van dampende oerwouden en zompige moerassen bevolkt door allerlei levensvormen en misschien zelfs civilisaties, bleek een hels oord te zijn: gortdroog, met een permanent dik wolkendek bestaande uit zwavelstof en druppeltjes zwavelzuur, en een oppervlak zinderend onder een temperatuur van 480°C en een CO₂-dampkring die negentig maal zo dicht is als de aardse dampkring. In een dergelijk inferno is leven onmogelijk.

Ook Mars bleek uiterst onherbergzaam. De ruimtesondes onthulden een levenloze wereld, een enorme woestijn onder een ijle CO₂-dampkring met temperaturen overal onder het vriespunt. De luchtdichtheid bedraagt slechts 0,7 procent van die op aarde. Het oppervlak staat continu bloot aan dodelijke ultraviolette straling van de zon door het ontbreken van een beschermende ozonlaag. Kosmische straling en zonnewind teisteren de planeet door de afwezigheid van een magnetosfeer. Er is water, maar uitsluitend in de vorm van ijs en damp. Toch hebben laboratoriumexperimenten aangetoond dat sommige aardse archaebacteriën, de genera Pseudomonas en Aerobacter, de martiaanse condities zouden kunnen overleven en er zich zelfs vermenigvuldigen.

Extremofiel leven

De archaebacteriën die het op Mars kunnen uithouden, zijn extremofielen: organismen, voornamelijk archaebacteriën, die gedijen in ‘extreme’ milieus waar iedere vorm van leven onmogelijk lijkt. Op aarde zijn dat bijvoorbeeld het kokend hete water van geisers, zwavelhoudende heetwaterbronnen, de directe omgeving van ‘black smokers’ (opspuitende fonteinen van water met een temperatuur van 300° tot 400°C op de oceaanbodem, waar een hydrostatische druk heerst van zo'n 300 bar), water verzadigd aan zout of soda, ijs op Antarctica dat nooit warmer wordt dan -30°C, en poriënwater onder hoge temperatuur en druk in gesteenten diep onder het oppervlak.

Vooral de organismen in laatstgenoemd milieu, de intraterrestrische biosfeer, staan tegenwoordig in het middelpunt van de belangstelling bij de speurtocht naar buitenaards leven. Tot enkele jaren geleden werd zelfs het bestaan van deze ecosystemen, bestaande uit bacteriën en soms protozoa (hoger ontwikkelde eencellige organismen mét celkern en dna-moleculen gerangschikt in chromosomen) niet vermoed. Zij zijn bijvoorbeeld aangetroffen in 2,5 miljard jaar oude sedimentgesteenten in een Zuid-Afrikaanse goudmijn, 3,5 km onder het oppervlak, waar een temperatuur heerst van 65°C onder een druk van 400 bar. De maximale diepte waar intraterrestrisch leven mogelijk is, wordt bepaald door de omgevingstemperatuur: bij omstreeks 130°-150°C vallen biomoleculen die essentieel zijn voor alle levensvormen (zoals de energiedrager atp, adenosine trifosfaat) uit elkaar en is ook microbieel leven onmogelijk.

De organismen in diepliggende sedimentgesteenten ontlenen hun energie meestal aan organisch materiaal dat resteert uit de tijd van de sedimentatie - zij zijn dus in feite nog steeds afhankelijk van de ‘bovenwereld’, zij het de biosfeer en dus het zonlicht van miljoenen of miljarden jaren geleden. Als de organische resten zijn verbruikt, zijn zij gedoemd te verdwijnen. Men neemt aan dat hun verre voorouders op of nabij het oppervlak hebben geleefd, maar dat die van de ‘bovenwereld’ geïsoleerd raakten en zich aan de veranderende omstandigheden aanpasten toen geologische processen hun leefomgeving steeds dieper deden wegzinken.

Daarentegen functioneren intraterrestrische ecosystemen in graniet en basalt (gesteenten die uit hete gesteentesmelt, magma, zijn ontstaan) meestal dankzij de energie die vrijkomt bij allerlei chemische reacties. Zo zijn er bijvoorbeeld archaebacteriën die leven van de

[p. 850]

reductie van kooldioxide (CO₂) door waterstof (H₂), beide bestanddelen van het gesteente. Het methaan (CH₄) dat bij deze reactie vrijkomt is volgens sommigen zelfs een potentiële bron van aardgas. Dit leven is onafhankelijk van de ‘bovenwereld’ en zonne-energie. Het kan blijven functioneren zolang de omgevingstemperatuur dat toestaat. Sommige onderzoekers menen dat dergelijke chemosynthetiserende organismen in de ondergrond de oudste levensvormen op aarde zijn, waaruit alle andere leven is geëvolueerd.

Als ondergrondse ecosystemen op aarde gedijen, waarom dan ook niet op Mars en andere hemellichamen? Hoewel de sondes thans een levenloze wereld laten zien, wijst de geologie van het oppervlak erop dat Mars tot zo'n 4 à 3 miljard jaar geleden een warmer klimaat en dichtere CO₂-dampkring had, met rivieren die regenwater afvoerden naar meren, zeeën en misschien oceanen. In die begintijd heersten er dus condities die overeenkwamen met die op de jonge aarde, waar toen al overvloedig marien microbieel leven was. Waarom zou dat op Mars niet eveneens het geval zijn geweest? De embryonale martiaanse biosfeer kan ondergronds zijn gegaan (of gebleven, als het ondergronds is ontstaan) toen de condities verslechterden. Het is dus denkbaar dat onder het oppervlak nog steeds microbieel leven gedijt, bijvoorbeeld op plaatsen waar vulkanische activiteit de korst verwarmt. nasa is dan ook voornemens om, als eerste aanzet tot de speurtocht naar eventueel ondergronds leven, een robotmarslander omstreeks 2002 een proefboring te laten verrichten.

Op Venus is een intraterrestrische biosfeer niet goed denkbaar, omdat de temperatuur aan het oppervlak al bijna 500°C is en naar de diepte nog hoger wordt. Daarentegen staan de Jupiter-manen Europa en Ganymedes en de Saturnus-maan Titan wél in de belangstelling als werelden waar misschien microbieel leven zou kunnen gedijen. Beide Jupiter-manen zijn gehuld in een kilometers dik ijsdek, waaronder een diepe oceaan lijkt te liggen die vloeibaar blijft door inwendige getijdenwarmte (opgewekt door de reusachtige massa van Jupiter). Opnamen van Europa in 1997 door de Galileosonde suggereren dat de scheuren in het ijsdek zijn gepigmenteerd met organische verbindingen, die met opwellend water naar boven zouden zijn gekomen. nasa is van plan omstreeks 2003 te onderzoeken of de oceaan op Europa werkelijk bestaat en, als dat wordt bevestigd, daarin te speuren naar microbieel leven. Titan lijkt eveneens schuil te gaan onder een dik ijsdek dat in de diepte misschien (plaatselijk) vloeibaar is. Er is ook een dichte dampkring van stikstof en methaan, rijk aan organische verbindingen.

‘Marsfossielen’

Een van de doelen van het huidige, in 1995 begonnen Mars-programma van nasa is om omstreeks 2005 monsters van de oudste sedimenten naar de aarde te brengen en hier te onderzoeken op sporen van eventueel vroeger leven. In 1996 meende men dergelijke sporen al te hebben gevonden in een marsmeteoriet, een stukje van een 4,5 miljard jaar geleden op Mars uitgestroomde basaltlava. Het brokje steen, met een gewicht van 1900 gram, is 16 miljoen jaar geleden door een zware meteorietinslag uit de lava geslagen en met een snelheid groter dan 5 km per seconde (de ontsnappingssnelheid) de ruimte in geslingerd. Daar heeft het tot 13.000 jaar geleden vertoefd. Toen is het door de aarde aangetrokken en in Antarctica gevallen, waar het in 1984 op het ijs is gevonden - de gletsjers die al 3 miljoen jaar dit continent bedekken, vormen een ideale ‘diepvriezer’ voor de conservering van meteorieten en zorgen ook voor hun concentratie op bepaalde lokaties.

Barstjes in de lava bevatten korreltjes calciumcarbonaat die uit vloeibaar water zijn neergeslagen. Op aarde zijn dergelijke korreltjes meestal, maar niet altijd, het product van biologische activiteit. De koolstofisotopensamen-

[p. 851]

stelling van de korreltjes valt binnen het bereik dat op aarde wordt aangetroffen in biologisch materiaal, maar ook wel eens in materiaal van niet-biogene oorsprong. De korreltjes zijn omringd door snoertjes van minuscule deeltjes van het ijzermineraal magnetiet, zoals die op aarde te vinden zijn in sommige bacteriën die zich op het aardmagnetisch veld oriënteren. De korreltjes bevatten ook complexe organische verbindingen, die op aarde onder andere in aardolie voorkomen. Aardolie is inderdaad uit de resten van voornamelijk eencellige organismen ontstaan, maar de verbindingen komen ook voor in kosmisch stof en in koolstofrijke meteorieten die zeker niet van Mars afkomstig zijn. Bovendien is het niet uitgesloten dat de verbindingen aardse verontreinigingen zijn. Tenslotte zijn in de carbonaatkorreltjes kleine bol- tot staafvormige structuurtjes te zien, die in de orde van 0,00001 millimeter lang zijn. Zij doen denken aan nanobacteriën, maar dergelijke carbonaatstructuurtjes ontstaan op aarde ook op niet-biologische wijze. Alle ‘martiaanse levenssporen’ zijn dus ook niet-biologisch te verklaren - de wereldwijde media-hype in 1996 dat dit stukje lava de boodschapper van vroeger leven op Mars zou zijn, was dus op zijn best voorbarig.

Kolonisatie

Als op Mars, Europa, Ganymedes of Titan inderdaad (fossiel) microbieel leven wordt aangetroffen, dan zal de vraag zijn of dit ter plaatse is ontstaan, of dat het zich heeft ontwikkeld uit micro-organismen afkomstig van een ander hemellichaam. Deze laatste mogelijkheid werd actueel toen onder de ruim 10.000 bekende meteorieten er 24 werden herkend die bestaan uit gesteenten van Mars en de maan. Hierbij moet worden bedacht dat de meeste meteorieten verloren gaan omdat zij neerkomen in oceanen (70% van het aardoppervlak), dichte vegetatie, of een omgeving waar zij snel verweren. Bovendien zijn, op enkele zeldzame uitzonderingen na, alle bekende meteorieten in de laatste paar miljoen jaar op aarde neergekomen - de oudere zijn door geologische processen en de werking van weer, wind, water en biosfeer verdwenen.

Uitwisseling van materiaal tussen hemellichamen is dus, op geologische tijdschaal, niet uitzonderlijk. De verblijftijd in de ruimte zal meestal miljoenen jaren bedragen, maar kan door een gunstige combinatie van factoren tot duizenden of zelfs honderden jaren worden bekort. Is het denkbaar dat met die stenen ook micro-organismen meereizen die levend andere hemellichamen bereiken? Lange tijd werd dit onmogelijk geacht - bij een zware inslag komt immers zoveel energie vrij dat eventueel aanwezige organismen de klap niet zouden overleven. Recent onderzoek heeft echter aangetoond dat overleven in de directe nabijheid van de inslagplaats wél mogelijk is. Hiervandaan kunnen brokstukken mét de eventueel daarin aanwezige micro-organismen de ruimte in worden geslingerd.

Het is dus mogelijk dat die organismen levend de interplanetaire ruimte bereiken. De meeste zullen daar een langdurig verblijf in vacuüm en de blootstelling aan UV-straling, zonnewind en kosmische straling niet overleven. Toch bleken aardse bacteriën die in 1967 als verstekeling met de onbemande Surveyor-3 sonde zijn meegelift, na een verblijf van enkele jaren op het onbeschermde maanoppervlak met temperatuursverschillen van meer dan 200°C, nog springlevend te zijn. Bovendien zouden de organismen binnen in een brok steen tegen straling zijn beschermd en zo naar andere hemellichamen kunnen worden getransporteerd, bijvoorbeeld in de vorm van sporen, of als ‘slapende’ cellen die door cysten zijn ingekapseld. Op aarde blijken vooral de sporen van sommige bacteriën zeer lang te kunnen overleven, ook onder extreme omstandigheden. Ook zijn er levenskrachtige sporen aangetroffen in de resten van insecten die 40 miljoen jaar geleden zijn ingesloten in hars dat van bomen droop en tot barnsteen is verhard.

[p. 852]

Bij aankomst op een hemellichaam met dampkring wordt een zeer grote meteoriet niet of nauwelijks afgeremd. Hij explodeert bij de inslag. Daarentegen zal een kleinere meteoriet door de dampkring worden afgeremd en een zachte landing maken. Eventueel meereizende micro-organismen kunnen het ontvangende hemellichaam dan ‘bevruchten’ met leven. Of dit een reëel scenario is, zal pas blijken als leven buiten de aarde wordt gevonden en als dat biochemische affiniteiten heeft met het aardse leven. Mensen van de twintigste eeuw zouden dan niet de eerste levende wezens blijken te zijn die ruimtereizen maken!

De thans weer actuele discussie over interplanetaire kolonisatie vormt een opleving van ideeën die al twee eeuwen in de wetenschappelijke wereld spelen, en in feite nooit helemaal zijn weg geweest. Zo opperde bijvoorbeeld de vermaarde fysicus Lord Kelvin in 1881 dat ‘we must regard it probable in the highest degree that there are countless seed-bearing meteoric stones moving about through space. If at the present instant no life existed upon the earth one such stone falling upon it might, by what we blindly call natural causes, lead to it becoming covered with vegetation.’ In Kelvins voetspoor wees Svante Arrhenius er twintig jaar later op dat sommige organismen eigenschappen bezitten die niet door natuurlijke selectie in een aardse omgeving kunnen zijn verworven. Als voorbeeld voerde hij plantenzaden aan die geruime tijd worden blootgesteld aan temperaturen dicht bij o°K (de temperatuur in de interplanetaire ruimte) en toch hun kiemkracht behouden. Op hetzelfde vlak liggen recente experimenten die aantonen dat sommige bacteriën een verbazingwekkende weerstand tegen ultraviolette en radioactieve straling hebben. Wanneer zij in een kernreactor aan hoge doses radioactieve straling worden blootgesteld, blijken zij in staat om de daarbij opgelopen schade aan hun dna te repareren en te overleven. De bacterie Deinococcus radiodurans, bijvoorbeeld, overleeft gammastraling enkele duizenden malen sterker dan de voor mensen dodelijke dosis. Sommige diatomeeën (eencellige kiezelwieren) gedijen eveneens uitstekend in een zwaar radioactieve omgeving.

dna-moleculen kunnen, zoals recent experimenteel onderzoek aantoont, misschien wel voor onbeperkte tijd intact blijven onder de condities van hoogvacuüm en zeer lage temperatuur in de ruimte. Sommige onderzoekers, onder wie de vermaarde astronoom Fred Hoyle, achten het zelfs mogelijk dat pathogene virussen uit de ruimte ziekte-epidemieën teweeg kunnen brengen, bijvoorbeeld wanneer zij met komeetstof op aarde terechtkomen. Om elk risico te vermijden, neemt nasa dan ook uitputtende maatregelen om te voorkomen dat het rond 2005 voorziene Mars Rover Sample Return-project de aarde besmet met eventuele martiaanse micro-organismen.

Biofysisch universum

Voor zover het ons zonnestelsel betreft, zal in de komende decennia worden uitgemaakt of het vermoeden juist is dat een of andere vorm van microbieel leven ook op andere hemellichamen dan de aarde voorkomt. Zo ja, dan is de aloude vraag beantwoord: er is leven buiten de aarde. Als géén leven wordt gevonden, dan zegt dat uiteraard nog niets over de mogelijkheid van leven elders in het heelal en blijft de vraag open. Maar ook als leven op andere hemellichamen wordt aangetoond, blijven er nog tal van fundamentele vragen. Zoals: is het leven afzonderlijk op elk hemellichaam ontstaan (tot voor kort de gangbare hypothese voor het ontstaan van het leven op aarde), of was er biogenese op één hemellichaam en kolonisatie van hieruit? In dit verband zal het uiterst boeiend zijn om te onderzoeken of er tussen de eventuele organismen op verschillende hemellichamen biochemische verwantschap is, zoals tussen alle vormen van leven op aarde. Er is bijvoorbeeld wel eens gesuggereerd dat het aardse leven van Mars afkomstig is, omdat de fysische condities daar in het vroegste begin

[p. 853]

gunstiger voor het ontstaan van leven zouden zijn geweest dan op aarde.

Vooralsnog blijft dit alles speculatie. Toch begint zich het beeld af te tekenen van leven als een verschijnsel dat inherent is aan de materiële werkelijkheid: het zou een universeel principe zijn dat de moleculen die de chemische bouwstenen van het leven vormen en wijd verbreid zijn in het heelal, zich overal tot leven organiseren waar de fysische omstandigheden dat mogelijk maken. Als een dergelijk inzicht ooit doorbreekt, zal dat opnieuw een enorme stap zijn in de door de eeuwen veranderende visie op het universum en onze plaats daarin. Ons huidige fysische wereldbeeld wordt dan verbreed tot dat van een biofysisch universum, met wereldbeschouwelijke consequenties van dezelfde orde als die van de copernicaanse en darwiniaanse revoluties in voorgaande eeuwen.

Literatuur

Steven J. Dick; The biological universe. The 20th century extraterrestrial life debate and the limits of science: Cambridge University Press, 1996.

Michael Gross; Life on the edge. Amazing creatures thriving in extreme environments: Plenum Press, 1998.

Fred Hoyle & Chandra Wickramasinghe; Life on Mars. The case for a cosmic heritage: Clinical Press, 1997.

Bruce Jakosky; The search for life on other planets: Cambridge University Press, 1998.

Harry N.A. Priem; Earth and Life. Life in relation to its planetary environment: Wolters Kluwer/Artis, 1993.

Harry N.A. Priem; Aarde. Een planetaire visie: Van Gorcum, 1997.