Nog steeds een dagelijkse Blog

Het is vrijwel op de kop af 2 jaar geleden dat ik consequent dagelijks een Blog heb geproduceerd. Een moment om eens bij stil te staan. Wat heeft het voor mij betekend om dagelijks iets op te schrijven dat je met anderen wilt delen? Een onverwacht effect was dat ik veel aandachtiger nog de gebeurtenissen om mij heen waarnam en analyseerde. Berichten in tijdschriften of (gratis en in de trein gevonden) kranten, maar ook dingen die ik meemaakte of zag gebeuren.

Levensboom; onder de grond bevindt zich een even groot
en even vertakt systeem van wortels. Het geheel symboliseert
het ontstaan van leven uit sterrenstof (de wortels) alsmede de
ontwikkeling der soorten (de takken).

In het prille begin, dat was zo rond 2005 was ik vast van plan om dit Blog te gebruiken voor het neerleggen van mijn gedachten en hypothesen over het ontstaan van leven uit afkoelend sterrenstof. Maar gaandeweg is het Blog vooral een soort dagboek geworden waarin ik alles wat me zo voor de voeten komt neerleg. En zo overkwam mij tijdens de afgelopen dagen het volgende, ik zou bijna zeggen een vingerwijzing. Bij onze wandeling over het Hulshorster Zand ontmoetten wij een eenzame vogelaar, gewapend met een verrekijker; wij kwamen met elkaar in gesprek, ik meldde het al in dit Blog. Een gezamenlijke interesse was het mysterie van het ontstaan van leven uit afkoelend sterrenstof. We kwamen daar al snel op omdat Erik, zo heet hij, naast een baan ook een veelheid aan interesses heeft waaronder astronomie; hij mag graag 'snachts met een telescoop naar de schoonheid van het heelal kijken. Dat deel ik met hem en Roos evenzo, dus de stap naar het ontstaan van leven en de chaos theorie was snel gemaakt. Ik vertelde Erik dat ik al veel van mijn gedachten heb vastgelegd in dit Blog; dat zijn vooral de oude Blogs. Ik ben weer eens in die oude Blogs gedoken en merkte zelf ook al dat ik het daadwerkelijke "ontstekingsproces", dus daar waar de zichzelf in stand houdende processen opduiken uit de afkoelende materie nog niet had uitgeschreven. Erik maakte me daar ook fijntjes op attent. Dus nu al meer dan een week loop ik op die keutel te broeden. Wèl heb ik een paar maanden geleden al de foto gemaakt die ik als illustratie van dat, voor mij toch wel uiterst belangrijke, Blog wil gebruiken: de levensboom. Zo'n oude eik in de winter toont al zijn vertakkingen zoals de levensvormen zich hebben ontwikkeld uit de stam van het leven. Maar deze stam wortelt letterlijk op een even vertakt systeem van chemische processen die emergeerden tijdens het proces van afkoeling van het sterrenstof. Daarover ga ik in wat meer détail schrijven in één van mijn volgende Blogs en er tevens de relevante literatuur bij betrekken. Dat was ik al jaren van plan, maar gemakzucht en gebrek aan ambitie weerhielden mij. Mede door de ontmoeting met Erik voel ik mij geprikkeld om het allemaal toch een keer grondig te formuleren en nu ik dat hier heb opgeschreven ontkom ik er ook niet meer aan.

The Hadian world

Afgelopen donderdag kwam ik thuis van een wandeling met Huib. In mijn postvak lag een dikke verzend enveloppe met een nieuwsgierig makende inhoud. Aan het handschrift kon ik zien dat het geheel afkomstig was van mijn goede vriend Dick uit Vaals. En die inhoud mocht er wezen: twee DVD's die Dick voor mij had gemaakt met daarop een serie met wetenschappelijke uitzendingen van de BBC die hij had geregistreerd. Eén van deze serie adviseerde hij mij met name vanwege mijn queeste naar het allereerste begin van het leven op de ooit zo levens-onvriendelijke aarde, nr 5 van de serie.
Die heb ik dan ook direct opgezet en daar kwam me een, letterlijk "oer-geweld" op het scherm; een grote gloeiende bol in de vorm van onze aarde die voortdurend werd gebombardeerd met kosmische brokstukken. Heel toepasselijk werd deze onleefbare kluit lava "The Hadian world" genoemd, naar de Griekse God Hades, de god van de onderwereld.
Maar .......... Hades was dan wel de god van de onderwereld, hij was wel samen met, Persefoneia, zijn gade, meestal Persephone genoemd, de dochter van Demeter, godin van de landbouw. Persephone wordt ook wel Korè genoemd, het graan dat in de aarde valt en nieuw leven voortbrengt.
In die woeste, onleefbare wereld van Hades was het Korè die het leven deed ontstaan. Hoe dat chemisch waarschijnlijk in zijn werk ging zal ik uit de doeken doen.

Kleine dingen met grote gevolgen

In de wetenschaps bijlage van de Volkskrant stond in de jaren tachtig wel eens iets over de chaos theorie. Wat ik eruit overhield was vooral dat kleine oorzaken, kleine verschillen een fors verschil in uitkomst kunnen veroorzaken. In mijn dierexperimenteel werk voor mijn promotieonderzoek werkte ik met identieke muizen die allemaal met het zelfde werden ingespoten. Ik vond het altijd zo frappant dat de verschillen in uitkomst per muis vaak zo verschillend waren. Sommigen kregen heel snel glomerulonephritis (nierlijden) andere helemaal niet; bepaalde auto-antistoffen kreeg de ene muis wel en de andere niet.
Die individuele verschillen in uitkomst heb ik destijds altijd wel in enig verband gezien met die eerste beginselen van de chaos theorie. Een muis heeft ondanks alles kleine verschillen in voorgeschiedenis of wat dan ook met de andere; het is geen buisje met een chemisch mengsel.
Maar een andere leuke bevinding deed ik in die tijd bij een wijnproeverij. Op vakantie in Frankrijk met een stel vrienden kwamen we bij een klein wijnboertje met een aantal fusten wijn die allemaal uit het zelfde grote vergistingstank waren gekomen maar wel apart hadden gerijpt. De smaken waren grappig genoeg licht verschillend; uitgangsmateriaal het zelfde en toch een duidelijk merkbaar verschil in de subtiliteit van de uitkomst. Wijn en gist in een rijpingsvat is natuurlijk niets anders dan een complex mengsel en de tong is een gevoelig en subtiel meetinstrument waar het smaak betreft. Ook hier legde ik destijds een verband met de chaostheorie, althans dat kleine verschillen en verschil in uitkomst veroorzaakten; het betrof hier bijna een experimentele opstelling.

Maar zo'n vijftien jaar geleden kreeg ik van Roos een boek te leen: De rand van chaos, van de hand van M. Mitchell Waldrop (1993). Dit boek handelt op bijzonder leesbare wijze over complexe systemen en in dat kader over de Chaos theorie, een benaming die mij niet zo aanstaat eerlijk gezegd vanwege de negatieve connotatie van het woord Chaos. Ik zou het liever willen hebben over de theorie van complexe systemen. Het boek heeft mijn inzicht in heel veel zaken ingrijpend vergroot en veranderd.
Complexe systemen zijn rondom ons; een organisme, dus ook wijzelf zijn complexe systemen; een ecosysteem is een complex systeem; een samenleving, maar ook een micro-organisme, een zandduin, een strand. En binnen een complex systeem treedt als vanzelf ordening op als er maar genoeg energie in het systeem zit; een complex systeem kan zich aanpassen aan veranderende omstandigheden. Binnen complexe systemen heb je stabiele situaties die vrijwel onvermijdelijk op zullen treden.

Echter, de zin die mij als een bliksemflits trof ging over het werk van Stuart Kaufmann: autokatalytische kringprocessen en complexe systemen. Ik besefte onmiddellijk dat daar de hoeksteen lag voor het ontstaan van het leven. Hoe dat precies in zijn werk zou moeten gegaan zijn kon ik niet direct overzien; daarvoor waren nog vele jaren van nadenken nodig. Maar dat zal ik ook in dit Blog formuleren.

Een serie etsen

Door dat artikel van Xander Tielens in ABG over de eerste levensvormen en met name het ontbreken van een hypothese over het allereerste begin, a.h.w. de "ontsteking" van het leven, heeft mijn ouwe brein weer helemaal in de war gebracht. Met mijn zoon Peter heb ik afgesproken dat ik de hypothese die ik al zo'n vijftien jaar geleden heb afgeleid omtrent dit onderwerp ga formuleren en vertalen in het Engels. Peter is in opleiding voor chemicus en spreekt voortreffelijk Engels. Zijn fiancée Solvej studeert Engels, dus die vertaling is wellicht het minste probleem.

In 1977 werd ik door een kennis van een collega/vriendin van Lien, een beeldend kunstenaar Harry van Kruiningen, gevraagd of ik hem als chemicus kon adviseren bij een serie etsen die hij had gemaakt over het ontstaan van het leven. Dat was nog in de tijd van experimenten met een nagebootste aardatmosfeer waar bliksems doorheen werden geleid in de vorm van hoogspanningsvonken: de beroemde experimenten van Urey en Miller. Als je die experimentele omstandigheden maar lang genoeg volhield ontstond er een mengsel van aminozuren en naar ik meen ook kernbasen, de bestanddelen van resp. eiwitten en DNA/RNA.
Hoewel ik dan wel biochemicus was, had ik eerlijk gezegd nog nooit over het onderwerp "Ontstaan van het leven" serieus nagedacht. Voor mij was het een mysterie, maar dat het ontstaan zou zijn op een steriele aarde, na afkoeling tot temperaturen die voor het hedendaags leven geschikt zouden zijn was voor mij toch wel een uitgangspunt.
Tegen die achtergrond heb ik Harry geadviseerd bij de tekst voor de brochure bij de tentoonstelling en denk nog met plezier terug aan de twee of drie besprekingen die wij voerden. Hij had het ontstaan van het leven tegen de hem bekende kennis in zijn artistieke vrijheid vorm gegeven; ik moest helpen met de verbindende tekst en oordelen of het enigszins waarheidsgetrouw was. Nou ja, vooruit dan maar.
Hij had de etsen al klaar. Daarvan herinner ik me nog een enorme regenbui die duizenden jaren geduurd zou hebben; de conceptie van eiwit en DNA; aminozuren die aan elkaar gekoppeld waren als washandjes aan een waslijn. Als tegenprestatie kreeg ik van Harry een aantal van zijn producten waaronder een exemplaar van een ets; ik koos voor het samengaan van eiwit en DNA, een ets die vanaf die tijd onze woonkamer heeft gesierd. Nu hangt hij bij Anneke.

Vanaf dat moment met Harry van Kruiningen ben ik overigens niet aflatend bezig geweest met de gedachten over het  onderwerp "ontstaan van het leven". Al snel kwam ik tot de conclusie dat het veel te simplistisch moest zijn om te veronderstellen dat een willekeurig mengsel van aminozuren en kernbasen tot een biochemisch proces kon leiden; daarvoor is zelfs het simpelste biochemisch proces te complex. In die gedachte werd ik later ook gesterkt door de door deskundigen geformuleerde metafoor van de storm die over een berg met vliegtuigonderdelen woedt en waar uiteindelijk als resultaat een werkende Boeing 747 zou staan. Maar hoe dan wel? Daarover meer in volgende Blogs die als basis zullen dienen voor de tekst die ik samen met zoon Peter in het Engels ga formuleren.

De Academische Boekengids (ABG)

Al enige tijd geleden gaf ik in dit Blog al aan dat ik een gedegen wetenschapsbijlage zo miste en dat één van de redenen was om geen abonnement op een krant meer te willen. Welnu, mijn goede vriend Dick had voor mij onlangs een aantal exemplaren van de ABG, de Academische Boekengids, een gratis blad waarin vooraanstaande wetenschappers nieuwe wetenschappelijke boeken bespreken. Welnu, deze uitgave maakt voor mij het ontberen van genoemde Bijlages alsmede van Intermediair, geheel goed! Dick had de ABG verkregen via zijn abonnement op Vrij Nederland.
De ABG van september vind ik eigenlijk van begin tot eind buitengewoon interessant, maar vooral het artikel over sterrenstof; het ontstaan van het leven uit sterrenstof, een onderwerp dat mij al meer dan dertig jaar heeft bezig gehouden. Dit artikel inspireert mij om mijn gedachten over dit onderwerp, die ik al eens eerder heb proberen te formuleren in deze Blog, nader uit te werken en misschien nog wel aan te bieden aan een wetenschappelijk tijdschrift of te bespreken met een wetenschappelijk werkende deskundige op dit gebied.
Het artikel van de hand van Xander Tielens, hoogleraar Fysica en chemie van het interstellaire medium aan de Universiteit Leiden maakte voor mij duidelijk dat de fase van het "ontsteken van het leven" nog onbekend is en dat het verbazend wordt gevonden dat leven zich onmiddellijk ontwikkelde toen de omstandigheden daarvoor aanwezig waren. Mijn hypothese aangaande auto-katalytische kringprocessen (Stuart Kauffmann is de auctor intellectualis van dit concept, zie: "At home in the universe") die "vanzelf" emergeren, opduiken in afkoelend sterrenstof, tenslotte niets anders dan een buitengewoon heet, hyperreactief chemisch mengsel in de vorm van een plasma, waarin de afkoeling juist de drijvende chemische kracht is, vormt hiervoor de basis. Dat zou ik graag als hypothese willen overdragen aan de wetenschappelijke wereld. 

Wormen uit de diepste aardlagen

Al een paar keer las ik over een vondst van wat "hogere" organismen in diepe aardlagen. Onder zee waren al hele eco-systemen ontdekt rond diepzee geisers, de zogenaamde "black smokers": plekken waar onderaardse spuiters een mengsel van oververhit water, met allerlei daarin opgeloste mineralen in het koelere oceaan water spuiten. Daarin leven dan bacteriën die zonder zuurstof en zonder licht leven van de chemische energie die biologisch uit de opgeloste mineralen vrij te maken is. Chemo-autotrofe processen heet dat met een fraaie Latijnse uitdrukking. En die bacteriën zijn weer voedsel voor o.a. een soort wormen die leeft onder hoge druk en temperatuur bij deze black smokers. Maar nu zijn er ook diep onder de aarde "hogere" diersoorten ontdekt; wormen die zonder zuurstof bij 50 graden, diep onder de aarde leven. Hun voedsel bestaat uit bacteriën die eveneens op grote diepte en zonder zuurstof leven.
Mij verbaast het niet zo; al vele jaren geleden heb ik stilgestaan bij de processen die volgens mij de basis vormen van het ontstaan van leven en het ontstaan van de eerste organismen: autokatalytische kringprocessen. Deze processen ontstonden vanzelf, doken op, toen het hoogenergetisch sterrenstof, per slot van rekening niet meer dan een complex chemisch mengsel, ging afkoelen. Daarbij zijn, aldus de theorie van Stuart Kaufmann, zonder enige twijfel autokatalytische kringprocessen opgedoken, die zich bij verder koelen hebben ontwikkeld, zijn samen gegaan, zich van anorganisch naar organisch hebben ontwikkeld, van hydrofoob naar hydrofiel en uiteindelijk naar biologisch. Dat alles in het totaal van de afkoelende kluit sterrenstof die wij planeet zijn gaan noemen. Aan het oppervlak kwam daarbij een proces op gang waarbij in de ontwikkeling naast de afkoelingsenergie ook de zonneënergie werd aangewend. Daarbij ontstond zuurstof, aanvankelijk een giftige afvalstof, maar uiteindelijk de basis van veel aan het aardoppervlak levende organismen zoals wij mensen.
Edoch, de onderaardse processen zijn primair en naar mijn verwachting ook overal aanwezig waar complexe hoog-energetische chemie (plasma chemie) heeft plaats kunnen vinden; een merkwaardig soort chemie waarin de reactie juist wordt veroorzaakt door afkoeling en niet door verhitting?!

Over verwevenheid met de aarde

Zoals de mierenkolonie als een poly-organistisch individu is verweven met haar nest in de aarde, zo is de microbiologische wereld deel van de totale wereld.
Stephen Jay Gould spreekt over een wereldwijde laag van ongeveer 1 meter hoog, de wereld omspannend, waarin alle micro-organismen passen. Overal zijn micro-organismen. Hun functies zijn enorm breed en als collectief vormen ze één alles omvattend biologisch systeem dat alles kan van stikstof-fixatie tot onbinding, van methaanvorming tot foto-synthese. Je ziet het als mens niet, maar de microbiologische wereld is de omnipotente en ubiquitaire biologische presentatie van het leven, geheel geïntegreerd met de aarde. Een enorme dissipatieve structuur, in stand gehouden door alle denkbare chemische processen die energie leveren.

Alles bij elkaar vormt de microbiologische wereld een enorm auto-katalytisch kringproces, een complex zichzelf in stand houdend systeem. Fascinerend is de gedachte dat complexe systemen zich aanpassen en zich verder ontwikkelen, afhankelijk van de omstandigheden. Fascinerend vind ik vooral het fractale karakter alsmede de mogelijkheid van de gedachte-exercitie vooruit en achteruit in de tijd.

Deze week hoorde ik de vraag op TV of de mens nog steeds evolueert; iedereen speelde stommetje. Ik denk dat de mens zich heden sneller evolueert dan ooit. De ingreep op de levensprocessen en de selectie op wie blijven leven, c.q. deel blijven nemen aan de voortplanting was nooit zò groot als heden. De deelname aan de voortplanting bepaalt de eigenschappen van het collectief aan nakomelingen. Ik gaf al de voorbeelden van het eiland der kleurenblinden en sikkelcelanemie, maar ook de dikke polynesiër door eiland gebonden eigenschappen in het kader van de vetopslag bij overvloed voor bitterder tijden.

Maar even fascinerend of nog fascinerender is terug denken in de tijd.
Een complex systeem ontwikkelt zich en komt dus ook ergens uit voort; en waar komt die micro-biologische wereld uit voort?
Van micro-organismen, procaryoten naar eucaryoten naar multi-cellulaire "hogere" organismen kunnen we ons voorstellen.

Als je iets niet ziet, maar het moet er wel zijn, dan is het overal. In dit geval is het het aards gesteente; het is overal en het zijn mijns inziens voor een belangrijk deel de uitgevroren delen van het proces waaruit ook leven is ontstaan. Daarover het volgende.

Cruciaal is dat er 1 proces was in den beginne waarin een molecuul zichzelf exact kon copiëren. Daar is een complex omheen gegroeid dat zich daarmee ging reguleren. Uit dat molecuul is DNA voortgekomen en daarmee de regelende factor geworden qua continuïteit, hetgeen als dè cruciale factor in biologisch leven wordt beschouwd.