exobiologie – Visionair

Buitenaards leven zou wel eens zeldzamer kunnen zijn dan we ons realiseren, aldus twee onderzoekers.

Bayesiaanse analyse: buitenaards leven zeldzaam

40 reacties / Visionaire vragen, Wetenschap / Door Germen Roding / 3 november 2021 3 november 2021

Het leven op aarde ontstond in de eerste paar honderd miljoen jaar nadat de planeet voldoende af was gekoeld om organismen op waterbasis te ondersteunen op zijn oppervlakte. Het vroege ontstaan van leven op de oppervlakte van de aarde is als bewijs aangevoerd dat het leven op aarde vrij snel ontstaan is en dus dat het proces van abiogenese snel plaats vindt, wanneer uit wordt gegaan van omstandigheden zoals deze zich op de jonge aarde voor deden. Maar klopt dat wel? Nee, zeggen twee onderzoekers, die hiervoor Bayesiaanse analyse gebruikten.

Hoe werkt Bayesiaanse analyse?
Bij standaard statistische analyse wordt gekeken of de nulhypothese is verworpen. Als de kans kleiner dan vijf procent is dat de nulhypothese waar is en de waarnemingen dus het gevolg zijn van toeval (een p-waarde kleiner dan 0,05, in vaktermen), beschouwen wetenschappers de nulhypothese als verworpen. Bayesiaanse analyse werkt anders dan standaard statistische analyse. Bij Bayesiaanse analyse wordt gekeken hoe groot de kans is dat een alternatieve theorie waar is, gedeeld door de kans dat de nulhypothese theorie waar is, als je kijkt naar de feiten.
De Bayesiaanse analysemethode is vooral erg handig als je niet in staat bent het experiment over te doen, zoals bij het ontstaan van het leven op aarde.

Lange duur tot ontstaan meercellig leven maakt leven zeldzaam

De onderzoekers werkten met een (naar eigen zeggen) simpel model van de waarschijnlijkheid van abiogenese, het ontstaan van leven uit het niets. Hierbij maken ze een Bayesiaanse schatting van de waarschijnlijkheid, waarbij ze als uitgangspunt aannemen dat het leven vroeg is ontstaan. Miljarden jaren later stelden bewuste wezens dit feit vast en dachten na over de gevolgen. Op grond van deze beperkte informatie maakten ze een analyse.

Volgens de onderzoekers is het argument dat het leven op aarde vrij snel is ontstaan, geen goede reden om aan te nemen dat leven inderdaad makkelijk en snel ontstaat. Immers, het duurde meer dan twee miljard jaar voor het leven op aarde zich van eencellig bacterieel leven tot het meercellige leven ontwikkelde, zoals wij dat nu kennen. Waarschijnlijk, stelt het tweetal, is deze duur van twee miljard jaar (of nog langer) noodzakelijk voor de ontwikkeling van meercelligen en dus van mogelijk intelligente waarnemers. Dan heeft er als als het ware een uitselectie plaatsgevonden. Immers, een ster als de zon gaat zo’n tien miljard jaar mee en over een miljard jaar wordt de aarde al drooggekookt door een steeds heter wordende zon. Als het leven op aarde niet snel was ontstaan, had de evolutie geen tijd gehad om op tijd denkende wezens voort te brengen. Op grond hiervan concluderen de onderzoekers dat leven wel degelijk heel zeldzaam kan zijn.

Is of was er leven op Mars?
Als er ook leven is ontstaan op Mars, verandert de statistiek ingrijpend. Er is dan immers op meerdere plaatsen onafhankelijk van elkaar leven ontstaan. Daaruit zou volgen dat leven inderdaad vrij snel ontstaat. Wordt er daarentegen geen (of sporen van leven) leven aangetroffen op Mars, dan weten we dat we inderdaad het product zijn van een toevalstreffer. Dus laten we dan maar zuinig zijn op onze mooie groene planeet. Trouwens: dat is toch al een goed idee.

Bron:
David S. Spiegel, Edwin L. Turner, Life might be rare despite its early emergence on Earth: a Bayesian analysis of the probability of abiogenesis, PNAS/ArXiv 2011

Computergegenereerd beeld van de koude woestijn van proxima Centauri b. Bron: SpaceEngine

Bevinden buitenaardsen zich in een winterslaap?

7 reacties / Analyses, biologie, Ideeën, natuurkunde, Universum, Visionaire vragen, Wetenschap / Door Germen Roding / 4 juni 2017 4 juni 2017

In een recente publicatie van futuroloog Anders Sandberg en exobioloog Milan Ä†irkoviÄ‡ opperen de twee denkers een nieuwe verklaring voor de Fermi Paradox. Aliens houden zich schuil, omdat ze daarmee energie sparen voor de toekomst. Is dit inderdaad een waarschijnlijke verklaring?

De toekomst als energie-walhalla
Het heelal zet uit, en dit (althans volgens de huidige stand van inzicht), steeds sneller. Op het eerste gezicht lijkt dit uitermate slecht nieuws voor een beschaving op kosmisch niveau. Energiebronnen, zoals sterren en gaswolken, raken steeds verder van elkaar verspreid. Daardoor zijn op een gegeven moment alleen de lokale galactische supercluster, voor de beschaving te benutten. De rest verwijdert zich sneller dan de lichtsnelheid van hen af.

Toch heeft dit toekomstige heelal een erg aantrekkelijke kant. Het is erg koud. Op dit moment is de achtergrondstraling 2,7 kelvin. In de echt verre toekomst (we praten dan over duizenden miljarden jaren na nu) is deze achtergrondtemperatuur enkele nanokelvins. Dat is erg fijn, want dan kan je veel meer entropie dumpen dan nu. En wel hierom.

Fotonen bevatten per foton dezelfde hoeveelheid informatie, maar een verschillende hoeveelheid energie. Dat betekent dat je met 2 elektronvolt één lichtfoton kan maken, maar duizenden radiofotonen. Heb je een computer die zijn entropie met deze radiofotonen kan dumpen, dan kan deze per kilowattuur energie duizenden malen meer berekeningen uitvoeren dan een computer die zijn entropie met lichtfotonen dumpt. Hoe lager de kosmische achtergrondtemperatuur, hoe minder energie fotonen hoeven te hebben om entropie mee te dumpen. Met andere woorden: computers worden in de verre toekomst veel zuiniger dan nu.

Deze aliens hebben hun lichaam verlaten, maar bestaan slechts in een virtuele wereld, als informatie. Zo kunnen ze in de verre toekomst veel zuiniger leven dan wij nu. De redenen dat we weinig van aliens merken, aldus deze theoretici, heeft alles met thermodynamica te maken. Tot de omstandigheden elders in het heelal beter, lees: veel kouder worden, zouden ze zich schuilhouden rond de enorme, zeer koude, zwarte gaten in het centrum van sterrenstelsels, waarin de supercomputers waarin ze leven hun entropie kunnen dumpen. Thermodynamisch gezien is er geen speld tussen te krijgen. Maar hebben ze gelijk?

Probleem: exopolitiek en de Singulariteit
De winterslaap is ook op aarde een geliefde overlevingsstrategie onder dieren om de ongunstige winteromstandigheden in koude gebieden te overleven. Echter; een geavanceerde beschaving is geen dier. De voornaamste existentiële bedreiging voor een buitenaardse beschaving is niet de kosmische winter, maar een andere buitenaardse beschaving op een superieur technisch peil. Vraag de nakomelingen van de Inca’s en de Azteken maar. Om een superieur technisch peil te bereiken, moet de exobeschaving veel energie verbruiken voor wetenschappelijk onderzoek. In ieder geval in de eigen galactische supercluster moet de beschaving er zeker van zijn dat er geen concurrerende beschavingen zich ontwikkelen, die hun beschaving de kant van de Azteken en Inca’s op laat gaan.

Het venster waarbinnen concurrerende beschavingen kunnen worden waargenomen tot het moment dat ze een Singulariteit doormaken – het punt waarop machines slimmer worden dan biologische wezens en de collectieve intelligentie explodeert – is naar kosmische maatstaven klein: ongeveer 150 jaar. In principe zal een geavanceerde beschaving daarom in elk planetenstelsel waarbinnen zich mogelijk hogere levensvormen kunnen ontwikkelen, luisterposten inrichten, zodat een gevaarlijke bedreiging in een vroeg stadium uitgeschakeld kan worden, dan wel geïntegreerd in een intergalactische federatie voor zich deze gevaarlijke en onvoorspelbare technologische singulariteit ontwikkelt.

Bronnen
1. Anders Sandberg en Milan Ä†irkoviÄ‡, That is not dead which can eternal lie: the aestivation hypothesis for resolving Fermi’s paradox, ArXiv preprint server, 2017

Duizenden mensen beweren door aliens ontvoerd te zijn. Kloppen hun verhalen? Fysieke bewijzen ontbreken vooralsnog.

Video: ontvoerd door aliens

3 reacties / Ideeën, Misvattingen, Universum, Visionaire vragen, Wereld / Door Germen Roding / 19 december 2014 19 december 2014

Hoe zou het zijn om ontvoerd te worden door buitenaardse wezens? Met een budget van ongeveer nul euro, slagen twee experimentele filmmakers erin de griezeligheid van een buitenaards bezoek aan je woning vast te leggen.

Duizenden mensen, vooral Amerikanen, beweren door buitenaardse wezens ontvoerd te zijn. Alle fysieke bewijzen dat er inderdaad sprake is van buitenaards bezoek, bijvoorbeeld voorwerpen van op aarde onbekende materialen, ontbreken echter. Dit is de reden dat de meeste onderzoekers deze claims onvoldoende onderbowud vinden om serieus genomen te worden.

Buitenaardse ontvoeringen: waar of onzin?

6 reacties / Analyses, Filosofie, Ideeën, Ideeën en techniek, Mensheid, Misvattingen / Door Germen Roding / 17 december 2014 17 december 2014

Al tientallen jaren is het niet pluis op onze knusse aardkloot. Reeds vele aardbewoners zijn vliegende schotels binnengesleurd en onderworpen aan ingrijpende medische handelingen door sinistere aliens, blijkt uit getuigenverklaringen. Is er een buitenaardse invasie ophanden of kunnen we rustig verder gaan met oorlogvoeren, massamoord, de planeet vergiftigen en andere menselijke hobbies?

Is er hard bewijs voor buitenaardse ontvoeringen?
Er zijn op dit moment geen wetenschappelijk verifieerbare ontdekkingen van niet-natuurlijke buitenaardse voorwerpen of levende organismen bekend, al bestaan er in UFO-kringen hardnekkige geruchten, dar er in onder meer Roswell (New Mexico) buitenaardse materialen en organismen zijn aangetroffen in een gecrashed luchtbvaartuig. De verklaring voor het Roswell-incident is, dat het om een meetballon voor geluidsgolven van het Amerikaanse leger ging (het ultrageheime project Mogul). Wel zijn er meerdere getuigenverklaringen. De bekendste is de veronderstelde ontvoering door aliens van de Braziliaanse boer AntÃ´nio Vilas-Boas in 1957. Boas beweerde dat er een ruimtevaartuig op drie poten naast hem landde terwijl hij op zijn tractor aan het ploegen was. Hij vluchtte weg, eerst op zijn tractor, vervolgens lopend, waarna hij werd gegrepen door een groepje wezens in ruimtepakken van ongeveer 1,5 meter hoog. Na een voorspel, bestaande uit het nemen van een bloedmonster uit zijn kin, behandeld worden met gas en naakt ingesmeerd worden met een mysterieuze gel, volgde het hoogtepunt voor een jonge, ongetrouwde man: een vrijpartij met een blonde vrouwelijke alien met rood schaamjaar. Het voorval duurde volgens Vilas-Boas vier uur. Boas werd later advocaat. De man bleef zijn hele leven bij zijn verhaal. Dit verhaal werd gevolgd door een ware epidemie van buitenaardse ontvoeringen, waarbij zowel mannen als vrouwen onderworpen werden aan allerlei akelige experimenten en seksuele activiteiten, dikwijls geholpen dit te “herinneren” door een hypnosesessie. Volgens hardcore aanhangers van de alien abduction theorie bestaat er een soort buitenaards fokprogramma, waarbij de aliens proberen om zich te vermengen met de mensheid om zich hier te kunnen vestigen.

Kunnen buitenaardse wezens de aarde bereiken?
De mens heeft met vrij primitieve technologie de aarde reeds veertig jaar geleden verlaten. Anno 2014 is onze techniek ver genoeg om de mens naar Mars te brengen of verder in het zonnestelsel, al zullen de kosten astronomisch zijn. Reizen tussen de sterren ligt met de huidige technologie buiten ons bereik. Met zogeheten gravitational sling shots kunnen snelheden worden bereikt die hoog genoeg zijn om aan de zwaartekrachtsput van de Zon te ontsnappen, maar de reistijd zal naar de dichtstbijzijnde ster zal nog steeds tienduizenden aardse jaren zijn. Dit is onpraktisch.
Sinds Albert Einstein de Speciale Relativiteitstheorie publiceerde in 1920, zijn er geen verschijnselen aangetroffen die sneller dan de lichtsnelheid in vacuüm, c, reizen. Er zijn enkele natuurkundige fenomenen die sneller reizen dan c, zoals evanescerende golven, maar deze zijn niet in staat om informatie sneller dan c over te brengen, laat staan een mens of vergelijkbaar wezen sneller dan c te transporteren. Niettemin zijn er enkele manieren bedacht waarmee een vergevorderde beschaving sneller dan het licht zou kunnen reizen, zie dit artikel en dit artikel op Visionair. We kunnen de toekomstige stand van wetenschap en techniek, of de huidige stand van buitenaardse technologie, niet voorspellen: mogelijk is het voor technisch geavanceerdere beschavingen wel degelijk mogelijk.. Het is ook in theorie mogelijk dat aliens uit een parallelle dimensie komen; een nieuwe interpretatie van de kwantummechanica wijst in de richting van parallelle universa. Het antwoord is dus: ja, al zullen deze aliens hier tienduizenden jaren voor uit moeten trekken of technologie moeten ontwikkelen die veel verder gevorderd is dan die van de mens nu.

Waarom zouden buitenaardse wezens mensen willen ontvoeren?
Menselijke onderzoekers nemen geregeld monsters van wilde dieren of planten. Ook inheemse volkeren waren niet veilig voor de verzamelwoede van westerse onderzoekers en geregeld prijkte er een pygmee of bosjesman op een negentiende-eeuwse wereldtentoonstelling. Op zich zou het dus in theorie kunnen dat een buitenaards volk mensen ontvoert. De manier waarop ze te werk gaan is echter weinig professioneel. Het is niet erg slim om in zo ongeveer het meest ontwikkelde land ter wereld met schietgrage inwoners en een uiterst paranoïde leger als de VS, mensen te gaan ontvoeren en vervolgens weer los te laten. Een kluge alien zou wachten op een natuurramp (of, als ze weinig medelijden met mensen zouden hebben, er zelf een veroorzaken) en dan massaal mensen die anders toch zouden omkomen, ontvoeren. Om veel DNA te verzamelen is het niet nodig om mensen te ontvoeren. Een drone in de vorm van een mug, vleermuis of rat, om bloed of de vele huidschilfers die zich bijvoorbeeld in de Londense metro verzamelen te sampelen, is slimmer. Seks is lekker en na een tochtje van duizenden jaren door de ruimte is het voorstelbaar dat je als mens wel behoefte hebt aan wat vleselijke geneugten. Echter: aliens zijn geen mensen. De hoge menselijke seksdrift is uniek in het dierenrijk, alleen bonobo’s komen enigszins in de buurt. De kans is ook groot, dat een alien meer weg zal hebben van, pak hem beet, een kruising tussen een garnaal en een octopus dan van een rondborstige blonde dame. Gezien de vrij nauwe seksuele voorkeuren van de gemiddelde mens, en vermoedelijk ook aliens, zal dat de seksbehoefte behoorlijk verkleinen (al biedt seks met een intelligente octopus vermoedelijk ongekende erotische mogelijkheden). Op de vraag, of menselijk en buitenaards DNA compatibel zijn, is in een eerder artikel al ingegaan.

Conclusie
De aarde is de enige plek in het zonnestelsel waarvan we zeker weten dat er leven voorkomt. De rest van het zonnestelsel is zeer onherbergzaam voor hogere levensvormen. De enorme interstellaire afstanden maken een reis van en naar dit zonnestelsel moeilijk, maar niet onmogelijk. Er zijn enkele aanwijzingen (maar niet meer dan dat) dat er voor een technisch zeer ver gevorderde beschaving mogelijkheden zijn om te ontsnappen aan Einsteins verbod op sneller dan licht reizen. Hoewel buitenaardse onderzoekers zeker zouden proberen meer van mensen te weten te komen door bijvoorbeeld monsters te nemen, is het niet aannemelijk dat de verhalen die op dit moment de ronde doen over buitenaardse ontvoeringen, kloppen.

De vele sterexplosies maken het centrum van de Melkweg weinig gastvrij voor complex leven, maar eencelligen zouden zich er prima thuisvoelen. Bron: dailygalaxy.com

‘Zwerfsterren verspreidden leven naar andere sterrenstelsels’

3 reacties / biologie, natuurkunde, Universum, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 12 december 2014 12 december 2014

Naar we nu weten, worden grote hoeveelheden sterren met zeer grote snelheden de intergalactische ruimte in geslingerd. Zou dit verklaren hoe het leven op aarde terecht is gekomen?

Centrum Melkweg: ideale verspreidingsgrond voor leven
Op ongeveer 26.000 lichtjaar afstand bevindt zich het centrale zwarte gat van de Melkweg, waaromheen de rest van het sterrenstelsel draait. De sterdichtheid in dit gebied is enorm: waar in de omgeving van de Zon sterren op gemiddeld enkele lichtjaren afstand van elkaar staan, zijn de afstanden in de dichtbevolkte kern van het Melkwegstelsel veel kleiner: gemiddeld 100 sterren per kubieke parsec, wat neerkomt op een gemiddelde afstand van minder dan 0,8 lichtjaar tussen sterren. Op deze korte afstanden zullen de Oortwolken rond deze sterren voortdurend brokstukken uitwisselen; volgens sommige schattingen is de uiterste rand van de Oortwolk rond de zon ongeveer een lichtjaar in diameter. De kans is dus veel groter dan hier, in de buitengewesten van het Melkwegstelsel, dat het leven zich van het ene planetenstelsel naar het andere kan verplaatsen.

Eerder bouwstenen voor leven aanwezig
Een ander argument is dat de ‘metaalrijke’ Populatie I sterren in het centrum van de Melkweg rijk zijn aan atomen zwaarder dan waterstof en helium. Vlak na het ontstaan van het heelal bestond er alleen waterstof, het extreem inerte edelgas helium en een spoortje lithium. Er zijn hiermee welgeteld drie chemische verbindingen mogelijk: moleculair waterstof (H₂), metallisch lithium (Li) en lithiumhydride (LiH). Veel te weinig voor welke vorm van op chemie gebaseerd leven dan ook.

Leven kan alleen ontstaan als zich koolstof, zuurstof en stikstof hebben gevormd. Deze zijn ontstaan na supernova’s, die in het dichte centrum van de Melkweg veel meer, en ook al eerder, voorkwamen dan in de spiraalarmen. De omstandigheden voor het ontstaan van leven waren daar dus al miljarden jaren eerder aanwezig dan hier in de periferie. De kernen van zeer ver weg gelegen sterrenstelsels, waarvan het licht van vlak na het ontstaan van het heelal dateert, laten reeds grote hoeveelheden zwaardere elementen zien, meer zelfs dan die van de zon (!) [1]. Er was dus erg veel gelegenheid voor het leven om zich in deze omgeving te vormen.

Sterexplosies te overleven door bacteriën
Door sommige auteurs is het galactische centrum een onwaarschijnlijke plaats voor het ontstaan van complex leven genoemd, juist door deze veel optredende dodelijke sterexplosies[2]. Eenvoudige levensvormen zoals bacteriën worden echter effectief beschermd door een dikke laag water, die op oceaanwerelden en ijsplaneten overvloedig aanwezig is. Op aarde komen bacteriën in de aardkorst, zo lijkt het, voor tot op 20 kilometer diepte[3]. Voor bacteriën ligt het verhaal dus heel anders. De oudste aangetroffen sporen van leven op aarde zijn van prokaryoten, eencellige organismen zonder celkern. Deze kunnen, zo weten we, uitstekend overleven op een aardachtige planeet of ijsplaneet in het galactische centrum.

Zwerfsterren als uitzaaiers van leven
Naar we nu weten, worden er zeer grote hoeveelheden sterren uit de Melkweg geslingerd. Volgens sommige schattingen bevinden er zich zelfs meer sterren in de intergalactische ruimte dan in sterrenstelsels.
Sommige sterren die rond het zwarte gat in het centrum van de Melkweg roteren, zoals de ster S2, bereiken relativistische snelheden van (bij S2) 1,67 procent de lichtsnelheid. Voldoende om te ontsnappen aan het zwaartekrachtsveld van de Melkweg en zeker voldoende om bijvoorbeeld het gebied van de Zon te bereiken, gesteld dat er een mechanisme bestond waarmee ze zich uit het zwaartekrachtsveld van dit zwarte gat konden bevrijden. Astronomen Loeb and Guillochon denken een dergelijk mechanisme gevonden te hebben[4]. De Melkweg slokt voortdurend kleinere sterrenstelsels op. Als het centrale zwarte gat dat van de Melkweg ontmoet, worden de omloopbanen van de sterren die hierom heen draaien instabiel. Deze worden dan soms weggeslingerd met snelheden die tot tientallen procenten van de lichtsnelheid kunnen bedragen. Je kan zelf dit effect waarnemen, als je in een zwaartekrachtssimulator, bijvoorbeeld deze, twee sterren met elk een planetenstelsel elkaar laat naderen.
Deze sterren zijn ook waar te nemen in de intergalactische ruimte, als ze het einde van hun bestaan in de Hoofdreeks naderen en, uitgeput, veranderen in rode reus [5].
Hiermee wordt het in principe mogelijk, dat sterren van het ene sterrenstelsel naar het andere reizen, met in hun kielzog een zwerm ijzige brokstukken die mogelijk leven herbergen. Een interessante theorie. Zou het leven afkomstig kunnen zijn van buiten de Melkweg?

Bronnen
1. Y. Juarez et al., The metallicity of the most distant quasars, A&A 494, L25-L28 (2009), DOI: 10.1051/0004-6361:200811415
2. CHarles H. Lineweaver et al., The Galactic Habitable Zone and the Age Distribution of Complex Life in the Milky Way, gepubliceerd in Science (2004)
3. Philippa S. Stoddard et al., Light carbon stable isotopes in aragonite veins, Lopez Island, WA: evidence for deep life?, Geological Society of America Annual Proceeding, 2014
4. James Guillochon en Abraham Loeb, The Fastest Unbound Stars in the Universe, ArXiv preprint server (2014)
5. James Guillochon en Abraham Loeb, Observational Cosmology With Semi-Relativistic Stars, ArXiv preprint server (2014)

Lees ook:
Is het zonnestelsel afkomstig uit het centrum van de Melkweg?
Zwerfsterren in intergalactische ruimte gevonden
Kosmische oceaan ontdekt

De meeste onderzoekers zijn het er over eens dat de bouwstenen voor het leven uit de ruimte kwamen. Bron: EANA/ESA

Exobiologen creëren voorloper DNA uit meteorietinslag-sim

Laat een reactie achter / biologie, Wetenschap / Door Germen Roding / 9 december 2014 9 december 2014

In een opmerkelijk experiment, waarin de omstandigheden tijdens een meteorietinslag op de oer-Aarde werden nagebootst, slaagden de onderzoekers er in om ribonucleïnebases te laten ontstaan. Is dit de missing link?

Wat is RNA?
RNA is minder bekend dan DNA, maar is in wezen biologisch gezien veel belangrijker. RNA bestaat net als DNA uit een keten van vier verschillende basen, een soort bouwstenen, maar is anders an DNA in staat om als enzym (organisch hulpmolecuul voor biochemische reacties) te functioneren, een zogenaamd ribozym. De voor alle bekende levensvormen onmisbare ribosomen, reusachtige kluwens RNA die (van DNA overgekopieerde) sliertjes messenger RNA vertalen in eiwitten, bestaan vrijwel volledig uit RNA. Aanhangers van de RNA-world hypothese geloven dat het leven is begonnen als RNA-gebaseerde levensvorm. Het messenger RNA vervulde de rol die DNA nu vervult en functioneerde ook als enzym (een rol die eiwitten nu spelen). Daarna heeft zich het veel meer stabiele DNA ontwikkeld om genetische informatie in op te slaan. De RNA-world hypothese kende tot nu toe een groot manco. Niet alleen is RNA vrij instabiel, ook zijn de bouwstenen van RNA vrij zeldzaam in chondrieten, meteorieten rijk in koolstofverbindingen, die algemeen worden gezien als een chemisch ‘kijkje’ in de vroegste dagen van het zonnestelsel.

De meeste onderzoekers zijn het er over eens dat aminozuren, de bouwstenen voor het leven uit de ruimte kwamen. Bron: EANA/ESA

Omstandigheden op vroege aarde nagebootst
Uit geologisch onderzoek is bekend dat het leven vrijwel onmiddellijk (plm. 100 miljoen jaar) na het Late Zware Bombardement, tussen de 3,8 en 3,5 miljard jaar geleden, op aarde verscheen. Het oudste fossiele overblijfsel op aarde is een geochemisch spoor van 3,4 miljard jaar oud, hoewel er oudere, maar omstreden, resten bekend zijn. In dit experiment jaagden onderzoekers een extreem energierijke, maar zeer kortdurende laserpuls door een proefmonster met daarin de chemicaliën die vermoedelijk aanwezig waren nop de oer-Aarde. Hiermee probeerden ze de omstandigheden tijdens een meteorietinslag na te bootsen, waarbij zeer hoge temperaturen ontstaan.
Bij het experiment ontstonden alle vier basen – al waren de hoeveelheden van één base erg klein. Reden voor collega’s om het experiment niet erg serieus te nemen, want alleen als alle vier basen aanwezig zijn, kan zich biologisch actief RNA vormen. Aan de andere kant: mogelijk was het experiment niet geheel natuurgetrouw. Mogelijk werd later door een bepaald natuurkundig of scheikundig proces de schaarse base alsnog gevormd, of geconcentreerd. Verder onderzoek is dus nodig. Leven hoeft ook maar één keer te ontstaan, om de aarde te koloniseren.

Bronnen
1. Martin Ferus et al., High-energy chemistry of formamide: A unified mechanism of nucleobase formation, PNAS, DOI: 10.1073/pnas.1412072111

Download: ontwikkeling van de astrobiologie volgens NASA

3 reacties / Ideeën en techniek, Wetenschap / Door Germen Roding / 25 februari 2012 25 februari 2012

Zijn er naast onze wereld nog andere, door al dan niet denkende wezens bewoonde werelden? Een vraag, zo oud als de mensheid. NASA stelde enkele downloadbare boeken in stripvorm samen over de ontwikkeling van astrobiologie, vanaf grotschilderingen en de speculaties van Epicurus tot de moderne onderzoeken naar exoplaneten.

De geschiedenis van astrobiologie is rijk, maar toch zijn de meeste vragen nog onbeantwoord. Zie deze twee afleveringen van NASA Astrobiology dus als de eerste veertig pagina’s van een boek waarvan het grootste deel in de eeuwen en millennia die nog volgen, zal worden geschreven.

In de tweede aflevering staat de zoektocht naar leven op Mars centraal. Een omstreden experiment door de Marslander Viking leverde enkele ambigue resultaten op, die door de meeste astrobiologen werden geïnterpeeteerd als bewijs dat er geen leven bestaat op Mars.

Toch bleven de twijfels. Zo zijn er merkwaardige schommelingen in het methaangehalte van de Martiaanse atmosfeer. Onder grote delen van Mars ligt een dikke ijslaag en de omstandigheden diep onder de oppervlakte van Mars in de buurt van de equator blijken een stuk gastvrijer dan gedacht. Nieuwe experimenten zullen hopelijk een definitief antwoord geven.

Deel twee van NASA's verhaal in stripvorm over de speurtocht naar buitenaards leven. Klik plaatje voor download.

Volgens de Russische ruimteexpert Leonid Ksanfomaliti is dit een schorpioenachtig dier. De meeste onderzoekers houden het op optisch bedrog.

Zou leven op Venus kunnen bestaan?

2 reacties / Wetenschap / Door Germen Roding / 27 januari 2012 27 januari 2012

Met een oppervlaktetemperatuur van bijna vijfhonderd graden en een atmosfeer die meer weg heeft van een soep dan van een gas, is Venus niet echt een voor de hand liggende plek om buitenaards leven te zoeken. Toch beweerde de Russische ruimteexpert Leonid Ksanfomaliti leven te hebben aangetroffen op Venera-foto’s uit 1982. Ondertussen zijn Ksanfomaliti’s waarnemingen naar het nu lijkt ontmaskerd als fotografische fouten, maar toch. Hoe zou leven er onder dergelijke omstandigheden uitzien?

Venus: de helse zus van de aarde
Venus is met een oppervlaktetemperatuur van 460 graden de heetste planeet van het zonnestelsel. Zelfs Mercurius, die veel dichter bij de zon staat dan Venus, is midden op de dag op de evenaar nog 35 graden koeler. De temperatuur is heet genoeg om lood te doen smelten. De atmosfeer is al even radicaal verschillend van de aarde. Deze bestaat uit kooldioxide met 3,5% stikstof, dit onder een druk van 92 atmosfeer. Een liter Venusatmosfeer weegt zeventig gram. De atmosfeer bevat meer zwavelzuur dan water. Kortom: als er al leven voorkomt op de planeet, moet dit radicaal afwijken van dat van de aarde.

Is leven mogelijk?
Leven op waterbasis, zoals op de aarde, is door de extreem hoge temperaturen en kurkdroge atmosfeer uitgesloten. We zullen dit vraagstuk dus natuurkundig moeten behandelen.

Is er vrije energie?
Leven, welke vorm van leven ook, is een complex, negentropisch proces en is afhankelijk van vrije energie. Vrije energie is energie waarmee nuttige arbeid is te verrichten, alle vormen van energie dus met uitzondering van de achtergrondswarmte.
De voornaamste energiebron op de oppervlakte van Venus is zonlicht. Door de zeer dikke atmosfeer en het wolkendek van zwavelzuur is de lichtintensiteit rond de tienduizend lux, dat is een schemerige winterdag op aarde. In principe is dit voldoende voor leven, dat de vrije energie van het licht zou kunnen benutten en uiteindelijk omzetten in afvalwarmte. Er is echter maar weinig van beschikbaar. Te weinig in ieder geval om ruimtevaartuigen op te laten werken.
Een veel zwakkere energiebron is chemische energie – de atmosfeer is chemisch niet helemaal in evenwicht. Wellicht zijn er op het oppervlak afzettingen waaruit een levensvorm in theorie energie zou kunnen halen.

Is er een medium om informatie op te slaan op 460 graden?
DNA, door het aardse leven gebruikt als informatieopslag, zou bij deze temperaturen spontaan uiteenvallen. In feite is dit hoger dan de temperatuur in een autoclaaf, bedoeld om alle bacteriën te doden. Leven op Venus zal dus gebruik moeten maken van meer resistente moleculen, die tegelijkertijd chemisch voldoende actief zijn om gelezen te kunnen worden. Dergelijke moleculen zijn er niet veel. Zelfs siliciumverbindingen vallen uiteen boven de twee- a driehonderd graden. Het materiaal zal dus mogelijk uit koolstof-stikstof-silicium verbindingen bestaan met dubbele bindingen tussen de atomen om voor grotere chemische stabiliteit te zorgen. Een goede kandidaat zijn kleimineralen.

Is er een medium om stofwisseling mogelijk te maken?
In aards leven vervult water de functie van oplosmiddel. We zullen dus op zoek moeten gaan naar een substantie die bij de temperaturen en drukken op de oppervlakte van Venus zich kan gedragen als een vloeistof. Kooldioxide zelf heeft bij deze druk wel iets van een vloeistof met een dichtheid van een dertiende van die van water. De stof bij deze druk en temperatuur superkritisch, een soort mengvorm tussen vloeistof en gas. CO2 wordt als wasmiddel gebruikt onder superkritische omstandigheden dus is in principe geschikt als medium. Wel is kooldioxide apolair. Dat wil zeggen dat alleen ongeladen, weinig reactieve moleculen er in oplossen. Over het algemeen niet het type moleculen dat biologisch actief is. Een andere mogelijkheid zijn vloeibare metalen of halfmetalen, zoals antimoon. Volgens sommigen bestaat de sneeuw op de toppen van Maxwell Montes uit dit goedje.

Welke moleculen kunnen werken als enzym en als bouwmateriaal?
Op aarde bestaan enzymen uit eiwitten en, zeldzaam, uit RNA (‘ribozymen’). Menselijke eiwitten denatureren al boven de 42 graden. Ook RNA is zeer instabiel. Beide stoffen zouden op Venus in een fractie van een seconde uiteenvallen. Ook hier geldt dus dat compleet andere chemische verbindingen of principes dan aards leven actief moeten zijn. Veel stoffen die bij lagere temperatuur inert zijn, worden chemisch actief bij deze temperaturen. Je zou kunnen denken aan verbindingen tussen silicium, koolstof en stikstof. Kortom: levensvormen die het bij deze temperaturen uithouden zouden bij aardse temperaturen veel weg hebben van een merkwaardig gevormde rots.

Zou een meercellig ammoniakwezen er zo uit zien?

Kan leven bestaan zonder water?

5 reacties / Analyses, Wetenschap / Door Germen Roding / 6 december 2011 5 december 2011

Leven kan niet bestaan zonder water, is een befaamd dogma onder astrobiologen. Allerlei zeer ingewikkelde berekeningen worden losgelaten op exoplaneten om te bepalen of er daadwerkelijk vloeibaar water voor kan komen op een bepaalde plek. Terecht? Nee. Er zijn heel goed ook andere manieren denkbaar waarop leven zou kunnen functioneren.

Wat is leven?
Over een antwoord op deze vraag bakkeleien natuurfilosofen en later biologen al sinds het prille begin van de natuurwetenschap. De kansrijkste benaderingen zijn de thermodynamische:

leven is als ‘iets’ dat de entropie (wanorde) in de omgeving vergroot en de wanorde binnen de eigen systeemgrenzen verkleint cq de vrije energie binnen vergroot.

en een meer biologisch getinte omschrijving:

Levende organismen kennen een vorm van stofwisseling (het omzetten van het ene in het andere), houden zichzelf in dezelfde toestand, kunnen groeien, kunnen zich voortplanten en kunnen zich door natuurlijke selectie aanpassen aan hun omgeving in opeenvolgende generaties: evolutie.

Meer info: Wat is leven?

Geen aards leven zonder water
Als de de tweede definitie hanteren: wat leeft moet een stofwisseling kennen etcetera, zien we dat water inderdaad essentieel is als oplosmiddel voor de stofwisseling. Zonder water geen stofwisseling, en dus geen leven. Organismen, zoals zaden, beerdiertjes en bacteriesporen kunnen in uitgedroogde vorm in een soort winterslaap gaan, maar gedurende die tijd vindt er – voorzover bekend – geen stofwisseling plaats. Er zijn geen aardse levensvormen bekend met een stofwisseling zonder water. Nu moet daar wel bij gezegd worden dat we nooit op zoek zijn geweest naar levensvormen die niet op de een of andere manier een ander systeem dan water gebruiken voor hun stofwisseling.

Ammoniak in plaats van water
Op zeer koude werelden waarop water zo hard bevroren is als rots, verandert ammoniak, NH3, in een vloeistof. Er zou zich in principe een levensvorm in een ammoniakrijke ijswereld kunnen ontwikkelen. Ammoniak gedraagt zich in veel opzichten als water en eiwitten bestaan uit aminozuren, die zich ook heel goed in ammoniak kunnen vormen.

Een probleem met ammoniak is dat het minder polair is dan water. Vetten lossen bijvoorbeeld zonder probleem op in ammoniak. Aangezien celwanden op aarde uit een vetmembraan bestaan, moeten ammoniakcellen een andere, rigide, stof als membraan gebruiken. Ook is het vloeibare temperatuurtraject van ammonia maar klein: van -78 graden tot -34 graden. Overigens: deze temperatuurgrenzen gelden bij een aardse luchtdruk. Is de luchtdruk veel hoger, bijvoorbeeld 50 atmosfeer, dan blijft ammonia vloeibaar over bijna tweehonderd graden. Ammonia verdampt ook makkelijker dan water.

Toch is ammonia het meestgenoemde alternatief voor water[1]. Een mogelijke water-ammoniakoceaan bevindt zich in het binnenste van de grootste maan van Saturnus, Titan. Bij deze lage temperaturen verlopen levensprocessen erg langzaam. Je hoeft dus niet erg bang te zijn dat je huisdier van een ammoniakwereld snel wegkruipt. Al zal dat letterlijk wel een hele opluchting zijn.

Methaanwezens
De oppervlakte van Titan doet merkwaardig aards aan. De vloeistof op het oppervlak is echter geen water, maar methaan, dat een complete hydrologische (of liever gezegd: methanologische) kringloop ondergaat. Af en toe zijn er heftige methaanregenbuien, waarbij enorme methaandruppels tergend langzaam naar beneden vallen. Geen wonder dat astrobiologen enthousiast hebben gespeculeerd over methaangebaseerde wezens. Methaan is echter polair. De bouwstenen van aards leven, zoals eiwitten, lossen dus niet op in methaan. Onderzoekers denken daarom dat methaangebaseerd leven (als het al bestaat), vermoedelijk gebaseerd is op vetachtige stoffen. Titan is zeer koud: op de oppervlakte heersen temperaturen rond de 70 kelvin (rond de -200 graden). Dit leven zal nog veel trager zijn dan ammoniakgebaseerd leven.

Sommige onderzoekers denken dat er inderdaad methaangebaseerd leven voorkomt op Titan. Er verdwijnt namelijk op raadselachtige wijze waterstof uit de atmosfeer. Ze vermoeden dat methaanbewonende organismen deze waterstof verbranden met ethyn (welbekend van de carbidbus) en er ethaan van maken, wat energie oplevert. Voor het verdwijnen van de waterstof zijn er ook andere chemische processen goed denkbaar [2]. De meeste onderzoekers vinden dat ook de meest logische verklaring.

Landing op Titan

Waterstofperoxide–bacteriën op Mars?
Water kent een nogal instabiele en agressieve variant met een extra zuurstofatoom: waterstofperoxide(H₂O₂). Een mengsel van water en waterstofperoxide trekt zeer sterk water aan. Joop Houtkooper en Dirk Schulze-Makuch denken daarom dat er op Mars wel eens een vorm van leven kan voorkomen dat in plaats van water, een mengsel van deze twee vloeistoffen bevat. Bijkomend voordeel voor bacteriën: dit mengsel bevriest pas bij -56 graden onder nul. Wel zal de biochemie zich moeten beschermen tegen het agressieve peroxide, maar dat is sowieso al noodzakelijk – peroxiden komen op Mars zeer veel voor. Ook zijn er meerdere organismen (van bacteriën tot de bombardeerkever) bekend die geconcentreerde waterstofperoxide gebruiken. [3] De peroxide-hypothese verklaart ook opmerkelijk goed waarom eventuele levensvormen de chemische test van de Marslander Viking uit 1976 hebben kunnen ontgaan. Door ze te verhitten reageerde de agressieve peroxide met de organische bestanddelen en veranderen deze in kooldioxide en water. Kortom: klopt de peroxide-hypothese, dan hebben planeetonderzoekers er al die jaren flink naast gezeten.

Bronnen
1. David Darling, Ammonia-based life
2. Strobel et al., Molecular hydrogen in Titanâ€™s atmosphere: Implications of the measured tropospheric and thermospheric mole fractions, Icarus (2010) (paywall)
3. Joop Houtkooper en Dirk Schulze-Makuch, The H2O2-H2O Hypothesis: Extremophiles Adapted to Conditions on Mars?, European Planetary Science Congress (2007) (gratis)

E-coli bleef ook tijdens zestig uur ultracentrifuge doorgroeien. Bron/(c): PNAS

Leven verdraagt verpletterende 400 000 g

2 reacties / Wereld, Wetenschap, Zonnestelsel / Door Germen Roding / 1 mei 2011 1 mei 2011

Vierhonderdduizend keer de aardse zwaartekracht, sterker dan de zwaartekracht op een witte dwerg, zou een mens veranderen in een plasje bloederige pulp op de grond. Zo niet bacteriën, die vrolijk door blijven groeien. Ook panspermie wordt nu denkbaar.

E. coli overleeft 400 ooo maal de aardse zwaartekracht

Op een hemellichaam met een zwaartekracht van 400 000 g, bijvoorbeeld een uit de kluiten gewassen witte dwerg, zou een mens van 70 kilo evenveel wegen als een olietanker op aarde, 28 000 ton. Van een mens zou bij dit gewicht niet veel overblijven. Bioloog Shigeru Deguchi van het Japanse Bureau voor Maritieme en Aardgerelateerde Wetenschappen en Technologie (JAMSTEC) en zijn collega’s hebben nu getest of dat ook zo is voor bacteriën. Ze huisvestten een pallet met Escherischia coli (massaal aanwezig in menselijke darmen) en ook pallets met andere organismen, zoals Paracoccus denitrificans, metaalbacterie Shewanella amazonensis, de grampositive Lactobacillus delbrueckii en zelfs de eukaryotische gist Saccharomyces cerevisiae in een ultracentrifuge die een extreem hoge kunstmatige zwaartekracht opwekt. Alle monsters overleefden de behandeling. E. coli en P. denitrificans bleken zelfs tijdens de extreemste hypercentrifugebehandeling vrolijk door te groeien. Bewijs, aldus Deguchi, dat bacteriën in een extreme-zwaartekrachtsomgeving kunnen overleven. Bacteriën hebben een zeer eenvoudige structuur. Ze zijn in feite een plasje celplasma, omgeven door een dikke celwand. Bij organismen met een celkern zou de extreme zwaartekracht de celonderdelen kapotdrukken of uit elkaar trekken (alhoewel Saccharomyces het klaarblijkelijk ook overleefde).

Leven op bruine dwergen?
Witte dwergen zijn de enige hemellichamen met een zwaartekracht die hier in de buurt komt, maar zolang ze nog niet af zijn gekoeld tot zwarte dwerg (voor dat laatste is het heelal nog niet oud genoeg) zijn ze met een oppervlaktetemperatuur van tienduizenden graden voor alle denkbare levensvormen nog veel te heet. Bruine dwergen, een soort mislukte sterren of uit de kluiten gewassen gasreuzen (al naar gelang je voorkeur) zijn dat niet (de koelste bruine dwerg tot nu toe bekend is een comfortabele dertig graden). Bruine dwergen zijn heel interessant omdat er zo veel van zijn (naar schatting evenveel als sterren) en ze ook leven kunnen onderhouden ver van een ster. Als organismen zelfs 400 000 g kunnen overleven, kunnen ze zeker de enkele tientallen g op deze objecten overleven

Leven overleeft inslag
Panspermie stelt dat het leven van de ene planeet naar de andere kan reizen doordat meteorietinslagen materiaal van de ene planeet naar de andere slingeren. Zo is er op aarde materiaal van de maan en van Mars gevonden. Bij een asteroïde-inslag vindt er van stukken rots een gigantische versnelling plaats tot boven de ontsnappingssnelheid van de planeet. Panspermisten geloven dat door een meteorietinslag op bijvoorbeeld Mars, bacteriën op aarde terecht zijn gekomen. Tot nu toe dachten veel onderzoekers dat organismen deze grote versnelling onmogelijk konden overleven, maar met dit onderzoek is aangetoond dat dat laatste onzin is.

Bron:
Shigeru Deguchi et al., Microbial growth at hyperaccelerations up to 403,627 Ã— g, PNAS, 2011