Hoe en waar leven op aarde is ontstaan, is een van de grootste mysteries van de wetenschap. Sommige wetenschappers vragen zich daarom af: ligt die oorsprong van ons leven wel op aarde? Of zou het kunnen dat er ooit een klein eencellig organisme met een meteoriet is meegelift, en leven zo op aarde is terechtgekomen?
Beeld: imageselect.
Stel je voor, je leeft als kleine microbe op een buitenaardse planeet, miljarden jaren geleden. Je bent je rustig aan het bemoeien met je eigen zaken. Voedingsstoffen naar binnen werken, afval uitscheiden, dat soort zaken. En opeens – boem. Een asteroïde slaat in. Waarna je snoeihard de ruimte in wordt gelanceerd, om vervolgens op een andere planeet te worden gedropt. De aarde. Het is er niet slecht. Misschien niet zo comfortabel als je oude thuis, maar je redt je wel.
Dit is ongeveer hoe het een buitenaards organisme zou zijn vergaan in het geval dat de zogenaamde ballistische panspermietheorie zou kloppen. Deze theorie stelt dat de oorsprong van leven niet op aarde zelf ligt, maar op een andere planeet. En dat een micro-organisme van daaruit op de aarde is ‘gezaaid’. Het lijkt niet voor de hand te liggen, maar toch wordt er door enkele wetenschappers serieus over nagedacht. In de laatste decennia is een hernieuwde interesse aangewakkerd. Nu we steeds meer meteorieten van Mars op ons aardoppervlak tegenkomen, nieuwe inzichten opdoen over de leefbaarheid van een jonge Mars, en interstellaire objecten ontdekken als ‘Oumuamua (in 2017) en komeet Borisov (in 2019). De oorsprong van leven is immers compleet gehuld in duisternis. We hebben geen idee hoe, en waar, het gebeurd moet zijn. Zou het dan misschien mogelijk zijn dat er ooit, in de jonge jaren van onze planeet, een kleine eencellige microbe met een meteoriet is meegelift, en zich als een kolonisator over onze planeet heeft verspreid?
Levend de lucht in?
Om van de ene naar de andere planeet te kunnen reizen, moeten micro-organismen eerst de lancering zien te overleven, en vervolgens de reis door de ruimte. In hoeverre is dat mogelijk? Laten we beginnen bij de lancering. Om kleine microbes te lanceren, heb je een grote asteroïde-inslag nodig. Als een asteroïde met een noodvaart op de korst van een planeet terechtkomt, zoals in ons heelal regelmatig gebeurt, spatten er ‘spetters’ van de korst af. Die spetters worden vervolgens de ruimte ingeschoten, mits de snelheid hoog genoeg is om aan de zwaartekracht van de planeet te ontsnappen. Theoretisch kunnen met die spetters kleine microbes meeliften. De grote vraag hierbij is: zijn eventuele organismen niet al dood voordat ze de lucht in gaan, als gevolg van de klap?
Dat is zeker niet gezegd, zegt Brett Gladman, astronoom aan de University of British Columbia (Canada). Gladman is expert op het gebied van de lanceerfysica. Daarnaast ligt zijn expertise in de overdrachtsdynamiek, hij houdt zich onder andere bezig met het berekenen van de kans dat een stuk gesteente van de ene planeet de andere raakt.
‘Een deel van de materie die wordt gelanceerd, is nooit in aanraking gekomen met de asteroïde. Dit wordt als het ware omhoog geschept. Het zal daarom geen extreme druk of temperatuur ondergaan als gevolg van de inslag.’ Dit is ook terug te zien in de meteorieten van Mars die hier op aarde zijn gevonden. Analyses van deze stukjes gesteente laten zien dat ze nooit heel heet zijn geworden. Het neerkomen op de aarde moet volgens Gladman, en de theoretische modellen van hem en collega’s, ook geen probleem vormen. Kortom: de lancering en de landing zijn prima te overleven. ‘Het grote gevaar zit ‘m in de ruimtereis,’ zegt Gladman. Vanwege de barre omstandigheden.
In de ruimte reis je geen eersteklas
De ruimte is geen fijne plek om te vertoeven. Je hebt last van extreme temperaturen, het vacuüm en kosmische straling. ‘Organismen houden niet van vacuüm. Om het vacuüm te overleven, zullen ze zich moeten bergen in de spleten van een gesteente’, zegt Gladman. Hun versie van een ruimtepak.
Gevaarlijker nog dan het vacuüm is de kosmische straling. De hoge energetische deeltjes uit deze straling kunnen het DNA in een cel beschadigen. ‘Kosmische straling kan meters in het gesteente doordringen’, zegt Stephen Mojzsis, hoogleraar geologie aan het Research Centre for Astronomy and Earth Sciences in Budapest, Hongarije. Diep in een groot stuk gesteente zitten microbes redelijk beschermd. Toch zal er hier en daar altijd straling doorheen piepen. Zo stapelt de DNA-schade zich op den duur op.
Stel dat er vanuit de ruimte leven is gezaaid op aarde, dan kunnen we er vanuit gaan dat dit per toeval is gebeurd (wilde theorieën over gerichte zaaiing door intelligente aliens buiten beschouwing gelaten). Maar het leven op aarde heeft zich zo ver ontwikkeld dat er organismen bestaan die ruimteschepen gericht naar andere bestemmingen in de ruimte sturen. Dit roept de vraag op: kunnen wij met onze ruimtereizen andere planeten met het aardse leven ‘besmetten’? We willen natuurlijk voorkomen dat we eventuele aliens onbedoeld uitroeien voordat we ze vinden.
Er zijn plekken in ons zonnestelsel waar aardse kolonisatie een risico is. Op Enceladus en Europa, bijvoorbeeld. Respectievelijk de manen van Saturnus en Jupiter. ‘Als we nu een microbe in de oceaan van Enceladus werpen, kan hij daar prima overleven. Hij heeft er alles wat hij nodig heeft om te groeien en zich te reproduceren’, zegt Alfonso Davila, exobioloog verbonden aan het NASA Ames Research Center (VS). Stel dat we ooit een rover naar Enceladus sturen, is voorzichtigheid geboden. ‘We kunnen met gemak een ecologische catastrofe veroorzaken.’ Een paar luttele aardse microbes kunnen theoretisch hele ecosystemen verwoesten.
Sommige organismen kennen overigens een manier om langdurig weerstand te bieden aan extreme omstandigheden. Dat doen ze door in biostase te gaan, een soort sluimerstand. Het organisme is nog wel in leven, maar het metabolisme staat vrijwel stil, en het kan zo extreme omstandigheden in de omgeving tolereren zonder zich aan te passen. Waterbeertjes, de kleinste meercellige organismen, bezitten deze gave. Deze minuscule kruipertjes worden daarom ook wel gezien als de ideale kandidaten voor ruimtereizen. Waterbeertjes kunnen weerstand bieden aan temperaturen van –272 tot en met 150 graden Celsius, en zijn duizend keer beter bestand tegen straling dan wij. In 2007 namen astronauten 120 waterbeertjes mee de ruimte in. Zo bleek dat waterbeertjes langdurig kunnen overleven in een vacuüm, en na een tiendaagse blootstelling aan straling nog steeds in staat zijn om gezonde jongen te produceren. Onder bacteriën staat de Deinococcus radiodurans bekend als een onverwoestbare soort. Afhankelijk van hoe goed deze bacterie in het gesteente beschermd is, kan ze volgens redeneringen van Gladman en collega’s in een sluimerstand de kosmische straling tot wel 175 miljoen jaar overleven. Maar is dat genoeg om vanuit een andere planeet op aarde terecht te komen?
Interstellair is te ver
Of organismen de reis van de ene planeet naar de andere kunnen overleven, hangt af van waar ze vandaan komen. Theoretisch kunnen ze van ver komen. In 2017 ontdekten we voor het eerst een interstellair object in ons zonnestelsel. Gedoopt tot ‘Oumuamua, Hawaïaans voor ‘verkenner’. In 2019 werd nog eens een interstellaire bezoeker gespot, de komeet Borisov. Is het dan denkbaar dat een microbe zo’n interstellaire reis overleeft? Kleine kans. ‘Als het vanuit het dichtstbijzijnde sterrenstelsel rechtstreeks naar ons wordt toegezonden, dan ben je ongeveer 10.000 jaar bezig’, zegt Mojzsis. ‘Maar dat gebeurt natuurlijk nooit.’ Zonder gericht te zenden, gaan er minstens tientallen miljarden jaren overheen voor een brokstuk bij toeval de aarde raakt. De afstanden tussen de sterren zijn zo groot, dat de kans dat een organisme de reis overleeft minimaal is. Zelfs als een organisme in biostase verkeert. En zelfs geborgen in een enorm gesteente. ‘De kans is misschien niet nul, maar wel zo goed als nul.’ De afstanden binnen ons zonnestelsel, zoals tussen Mars en de aarde, zijn daarentegen wel klein genoeg om ze te overleven. Dus wie weet, misschien zijn wij allemaal marsmannetjes.
Op de Mars-aarde-express
Losgebroken materie reist relatief makkelijk van Mars naar de aarde en andersom. En dat moet in het verleden ook vaak gebeurd zijn, stelt Gladman. ‘Dit is op te maken uit de grote hoeveelheid meteorieten van Mars die we tot nu toe op ons aardoppervlak hebben gevonden.’ Dat zijn er al bijna tweehonderd. En deze zijn hier allemaal pas recentelijk terechtgekomen. Maximaal zo’n twintig tot dertig miljoen jaar geleden. In de oertijd van onze planeet stortten er waarschijnlijk nog duizenden keren zo veel neer. Op de eerste vijfhonderd miljoen jaar van ons zonnestelsel volgde een extreme tijd van inslagen. Planeten en manen werden continu bekogeld. De meeste kraters op de maan zijn in dit tijdperk ontstaan.
Na deze gewelddadige periode zou Mars volgens berekeningen van Gladman en collega’s ongeveer iedere tien miljoen jaar geraakt worden door een asteroïde van minimaal dertig kilometer in diameter. En iedere 55 miljoen jaar door een mega-asteroïde van zo’n honderd kilometer in diameter. De spetters die hier vanaf komen, zijn gemiddeld zo’n tien meter. Groot genoeg om microbes bescherming te geven. Deze cijfers publiceerden Gladman en collega’s in 2000, in een klassieke studie waarbij een collectief van experts bij elkaar was gehaald om uit te zoeken hoe groot de kans is dat een organisme vanuit een andere planeet levend de aarde bereikt. Gladman berekende hoeveel spetters materie op aarde arriveren. En hoe snel dat gebeurt.
‘Per inslag’, zegt Gladman, ‘spatten er zo’n tien miljoen brokstukken van de korst af.’ Als brokstukken vervolgens van Mars op aarde storten, komen ze niet allemaal tegelijk neer. Van de meteorieten die we op aarde vonden, heeft eentje er bijvoorbeeld zestien miljoen jaar over gedaan om de aarde te bereiken. En een andere 0,6 miljoen jaar. De brokstukken die de ruimte in worden gelanceerd, komen eerst in een baan om de zon terecht. Daar kunnen ze miljoenen jaren blijven zweven. Maar naarmate de tijd verstrijkt, groeit de kans dat ze tegen een planeet opbotsen, of uit ons zonnestelsel geslingerd worden. Gladman berekende: ‘Van de tien miljoen spetters bereikt vanuit Mars ongeveer één procent de aarde binnen één miljoen jaar. Dat is flink wat materie! Natuurlijk kun je stellen, tja, een miljoen jaar overleven in de ruimte is voor een organisme nogal een uitdaging. En dat is zo. Maar als één procent in een miljoen jaar arriveert, dan arriveren er binnen tienduizend jaar nog steeds honderden brokstukken per inslag. Er vliegt zo ontzettend veel materiaal door de ruimte, dat een relatief snelle levering op aarde geen punt zou moeten zijn.’ Als er leven op Mars is geweest, op een moment dat beide planeten leefbaar waren, dan zou het haast gek zijn als dat leven zich niet naar de aarde had verspreid, stelt Gladman.
Was er ooit leven op Mars?
Een enkeltje van Mars naar de aarde moet voor een organisme dus prima te regelen zijn. Maar om leven van Mars naar de aarde te verspreiden, moet er natuurlijk wel leven op Mars zijn geweest. Hoe groot is die kans? Ondanks alle pogingen hebben we immers nog steeds geen sporen van leven gevonden.
Er zijn wel redenen om te geloven dat Mars een tijd van leven heeft gekend. En dat het er op een bepaald moment zelfs beter vertoeven zou geweest zijn dan op aarde. Om te beginnen zou Mars mogelijk een stuk eerder bewoonbaar zijn geweest. Omdat Mars een kleinere planeet is. Na het ontstaan van ons zonnestelsel zou Mars daarom sneller afgekoeld zijn tot het punt van vloeibaar water. Leven zou zo mogelijk een paar miljoen jaar extra de tijd hebben gehad om op Mars te ontstaan voordat het mogelijk werd op aarde, denkt Alfonso Davila, die aan het NASA Ames Research Center (VS) onderzoek doet naar leven in ons zonnestelsel. Mars had vroeger, naast vloeibaar water, ook een atmosfeer en magnetisme.
De meeste wetenschappers zijn het eens dat we meer kans maken om de oorsprong van leven te vinden als we hier op aarde blijven zoeken
Wat daarnaast meegespeeld kan hebben: op Mars komen bepaalde elementen en mineralen meer voor. En een aantal daarvan zouden essentieel zijn voor het ontstaan van leven. Koolstof, waterstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel, de elementen waar leven op is gebouwd, heeft Mars in overvloed. En van zwavel is zelfs meer beschikbaar dan op aarde. Mars heeft ook belangrijke elementen die als katalysatoren voor het ontstaan van leven gewerkt kunnen hebben. Een geoxideerde vorm van molybdeen, bijvoorbeeld. Volgens onderzoek van scheikundige Steven Benner uit 2013 was deze stof in de begindagen wel beschikbaar op Mars, maar niet op aarde. Op aarde was er drie tot vier miljard jaar geleden te weinig zuurstof voor die oxidatie, stelt Benner. En alleen in die geoxideerde vorm zou het de juiste werking hebben. Boor zou volgens het onderzoek nog zo’n element zijn dat destijds wel op Mars ruim beschikbaar was, maar op aarde beperkt. Volgens Benner zijn deze stoffen essentieel om, onder invloed van energie zoals licht en warmte, van een soep van moleculen tot een kleverige substantie te komen. In die kleverige substantie zouden organische moleculen zich makkelijker tot chemische systemen kunnen ontwikkelen die nodig zijn voor leven. Systemen die processen regelen als DNA-transcriptie en metabolisme.
Een Amerikaans-Spaanse studie uit 2021 bevestigt de mogelijkheid dat een jong Mars leven kon bergen. De onderzoekers concluderen: leven had op Mars een even grote kans om te ontstaan als op aarde.
De microben in ons
Hoewel er nog weinig bekend is over de begindagen van leven op aarde, weten we één ding zeker: al het leven op aarde dat we nu kennen, komt voort uit een enkele gemeenschappelijke voorouder. Al het leven op aarde is verbonden. Van de gekste microbe in een hydrothermale bron tot de sequoiaboom en de naakte molrat. Iedere soort is te plotten op de fylogenetische Tree of Life van bioloog Charles Darwin. We kunnen ons DNA naast dat van een eeuwenoude bacterie leggen, en overlapping zien. Dit betekent dat, als de oorsprong van ons leven op Mars ligt, die ene geïmmigreerde Marsbewoner de voorouder moet zijn van al het leven op aarde. Dit roept vervolgens weer een andere vraag op: zou dit betekenen dat leven nooit afzonderlijk hier op aarde is ontstaan? Is dat niet heel onwaarschijnlijk, aangezien de aarde zo’n geweldig leefbare planeet is? ‘Nou, het is niet gezegd dat, als onze gezamenlijke voorouder van Mars komt, leven hier op aarde nooit afzonderlijk is ontstaan’, zegt Davila. ‘Er kunnen op een bepaald moment twee lijnen naast elkaar hebben geleefd. En er kan van alles gebeurd zijn dat een van de twee lijnen tot uitsterven bracht. Een slag om voedingsstoffen, bijvoorbeeld. Misschien dat het leven op aarde ook nog een stuk primitiever was dan dat van Mars toen het arriveerde.’ Omdat Mars immers mogelijk een voorsprong had. Dan had het primitieve aardse leven geen schijn van kans toen de Marsmicrobes alle voedingsstoffen kwamen verorberen.
Leven voor LUCA
Wat er precies gebeurd is in de begindagen van het leven op aarde, blijft gissen. Er zijn uit die tijd geen fossielen of andere sporen te vinden op aarde. Dat is allemaal vergaan. ‘Bijna alles wat we weten over het allereerste leven begint bij LUCA’, zegt Davila. LUCA (Last Universal Common Ancestor) is onze oudste gezamenlijke voorouder. Het DNA dat in LUCA zat, zit in ons allemaal. LUCA was al een redelijk geavanceerd organisme. Of eigenlijk was het een populatie organismen. De voorganger van LUCA zal al membranen gehad hebben, en kon zich reproduceren. Het was bij LUCA dat het genoom voor het eerst een soort vaste vorm kreeg. LUCA leefde zo’n vier miljard jaar geleden. Davila: ‘De periode voor LUCA kun je zien als de donkere eeuwen van de chemie van leven. Als een soort black box.’
Al het leven op aarde dat we nu kennen, komt voort uit een enkele gemeenschappelijke voorouder
Toch maakt Davila een aanname op basis van wat we wel weten. Hij stelt dat, als leven vanuit Mars hier is verspreid, dit voor het ontstaan van LUCA moet zijn geweest. Vrijwel direct na LUCA splitste het leven zich op in drie takken: bacteriën, archaea en eukaryoten (waaruit alle meercellige dieren zijn ontstaan). ‘Een kolonisatie na zo’n afsplitsing zou heel ingewikkeld worden. Dan zou je de drie types organismen tegelijk moeten zaaien. Dat dit gebeurd is, kunnen we eigenlijk wel uitsluiten.’
Wat verder nog een mogelijkheid is, is dat een soort prebiotische vorm van een organisme zich naar de aarde verspreidde, stelt Davila. ‘Beeld je in dat je je op Mars bevindt, zo’n vier miljard jaar geleden. Er is zich op dat moment ergens een heel primitieve versie van een organisme aan het vormen. Misschien dat er een soort RNA-achtige molecule rondhangt, of een proteïne-achtige molecule, misschien een protomembraan hier en daar. En op dat moment stort een regen van asteroïden neer.’ Het materiaal dat daarmee wordt gelanceerd, is nog geen organisme te noemen. Maar het is wel op weg om dat te worden. ‘In dit scenario hoef je je niet eens druk te maken over de vraag of leven wel kan overleven in de ruimte. Dan is het slechts de vraag of de moleculen overleven, die klomp RNA.’ Zo zou je leven op aarde als het ware een kickstart kunnen geven.
Geen bewijs voor, geen bewijs tegen
Davila beaamt dat, hoewel er nog altijd geen harde bewijzen zijn te vinden, de mogelijkheid blijft bestaan dat de oorsprong van leven op aarde elders in het universum ligt. De diepgaande analyses van wetenschappers als Gladman hebben die mogelijkheid vooralsnog niet uitgesloten. ‘Eigenlijk kunnen we pas echt uitsluitsel geven als we sporen van leven vinden op Mars, of op andere planeten in de nabije omgeving. Dan kunnen we kijken: past het op onze Tree of Life?’ Pas als blijkt dat een organisme van Mars, genetisch gezien, niks met ons gemeenschappelijk heeft, dan kun je vrijwel zeker zeggen dat de uitwisseling van leven tussen Mars en de aarde nooit heeft plaatsgevonden.
Mojzsis benadrukt nog eens dat we nog steeds geen spoortje van leven op Mars hebben gevonden. Hij is sceptisch over het idee dat er ooit leven was. ‘Misschien dat de sporen gewoonweg moeilijk te vinden zijn. Het is immers niet gezegd dat leven op Mars ooit een complexiteit heeft bereikt waarmee het sporen achterlaat. En niet alle leven fossiliseert. Maar toch. Kunnen we niet beter stellen dat er gewoon nooit leven is geweest? Dat zou immers alles verklaren wat we zien.’ Volgens Mojzsis zijn de meeste wetenschappers het eens dat we meer kans maken om de oorsprong van leven te vinden als we gewoon hier op aarde blijven zoeken.
