Je leest:

Veerpontjes voor leven tussen Mars en aarde

Veerpontjes voor leven tussen Mars en aarde

Auteur: | 28 november 2006

Waar komen wij vandaan? Deze vraag is zo oud als de mensheid. De panspermia-hypothese stelt dat het leven overal in het heelal voor kan komen. Bacteriën kunnen van planeet naar planeet liften en zich op die manier verspreiden door het heelal. Een andere planeet in ons zonnestel zou op die manier onze aarde van leven voorzien kunnen hebben. Mars lijkt hiervoor de meest geschikte kandidaat. Kan het aardse leven inderdaad van Mars komen?

Een vuistgroot rotsblok vliegt door de ruimte, met een bacterie weggestopt in het binnenste. Eenmaal ingevangen door het zwaartekrachtsveld van een planeet valt het rotsblok naar het oppervlak: een diepe oceaan. De bacterie heeft een leefbare planeet getroffen en begint zich ongeremd te delen. Dit leven heeft een nieuwe thuishaven gevonden.

Deze ruimtereizende bacterie lijkt recht uit een sciencefiction film te komen. Maar volgens sommige wetenschappers kan een dergelijke ruimtereis wel degelijk verantwoordelijk zijn voor het ontstaan van leven op aarde. Nieuwe interdisciplinaire takken van de wetenschap zoals astrobiologie en astrochemie doen serieus onderzoek naar de verspreiding van leven door het heelal.

In de astrobiologie bundelen sterrenkundigen, biologen en geologen hun krachten om de oorsprong en evolutie van leven in het heelal te onderzoeken. Ook Nederland doet hier aan mee, bijvoorbeeld aan de universiteit van Leiden is een team van astrobiologen werkzaam. Onder leiding van professor Pascale Ehrenfreund zoeken zij naar organische en prebiologische moleculen in de interstellaire ruimte. De bouwstenen van het leven zouden overal in het heelal voor kunnen komen. De panspermia-hypothese gaat nog een stap verder. Kunnen niet alleen de bouwstenen van het leven, maar ook organismen zelf door het heelal reizen?

De inslag van een komeet op een planeet. Zou een dergelijke inslag verantwoordelijk kunnen zijn voor het ontstaan van leven op aarde? Bron: Donald E. Davis / NASA

Interplanetaire veerpontjes

De Griekse filosoof Anaxagoras, die leefde in de 5e eeuw voor Christus, was de eerste die de term ‘panspermia’ introduceerde. Panspermia, oud Grieks voor ‘overal zaadjes’, stond voor een theorie waarbij de oorsprong van het leven ligt in kleine zaadjes die overal in het universum voorkomen.

De moderne versie van panspermia gaat voorbij aan de vraag hoe het leven in de eerste plaats is ontstaan. Het is een hypothese die stelt dat het leven, wanneer het eenmaal is ontstaan, zich via interplanetair verkeer door het heelal verspreiden kan. Enkele belangrijke wetenschappers, zoals de Britse fysicus Lord Kelvin (1824 – 1907) en de mede-ontdekker van de structuur van het DNA, Francis Crick (1916 – 2004), waren aanhangers van de panspermia-hypothese. Maar hoe kan leven door de ruimte reizen?

Wanneer asteroïden en kometen op planeten inslaan, kunnen ze rotsblokken en kleine stukken materie van het planeetoppervlak losmaken. Als er leven op het planeetoppervlak aanwezig is, is de kans groot dat de losgemaakte stukken materie levensvormen in de vorm van micro-ogranismen aan boord hebben. Een inslag die hard genoeg is, kan deze deeltjes en rotsblokken de ruimte in lanceren. Als de stukken materie toevallig in de juiste richting vliegen, kunnen ze als meteorieten op het oppervlak van een andere planeet inslaan.

Kometenbombardement in ons zonnestelsel

Interplanetair verkeer is in de geschiedenis van ons zonnestelsel al vaak voorgekomen. Op de aarde zijn zowel meteorieten afkomstig van Mars als van de maan gevonden. De aarde en de maan zijn ongeveer vier miljard jaar geleden een tijd lang gebombardeerd door kometen en asteroïden. Tijdens zo’n bombardement stijgt het interplanetaire verkeer. De eerste sporen van leven op aarde dateren van zo’n drie-en-een-half miljard jaar geleden, dus net na het kometen-bombardement in ons deel van het zonnestelsel. Hoe het leven op aarde is ontstaan, is een vraag waar de wetenschap zich nog steeds diep over buigt. Misschien heeft een dergelijk kometen-bombardement hier iets mee te maken?

‘Wanneer leven zich op de vroege Mars heeft ontwikkeld, zou het zich via interplanetair verkeer naar de aarde hebben kunnen verplaatsen,’ zegt dr. Carsten Dominik, astrofysicus aan de Universiteit van Amsterdam. ‘Panspermia is een spannend idee dat serieus onderzocht kan worden.’ Als astrofysicus doet Dominik vooral onderzoek naar protoplanetaire schijven, het beginstadium van zonnestelsels. Hij interesseert zich ook sterk voor het ontstaan en de evolutie van leven in het heelal.

‘De mogelijkheid voor het verplaatsen van leven van Mars naar de aarde is interessant’ vertelt Dominik verder. ‘Andersom kan natuurlijk ook, maar is wel onwaarschijnlijker. De aarde is zwaarder dan Mars. Er is dus een hardere inslag nodig om materiaal vanaf de aarde het zonnestelsel in te slingeren. Hierbij komt weer meer hitte vrij, dus is er een kleinere overlevingskans voor een bacterie om een lancering naar de interplanetaire ruimte te overleven. Dit is de reden dat het interplanetair verkeer van Mars naar de aarde onder de loep genomen wordt.’

ALH84001 is een meteoriet afkomstig van Mars. Een onderzoeksteam van het ANSMET project (Antarctic search for meteorites) vond de meteoriet in december 1984 in Allen Hills, Antarctica. De meteoriet werd vijftien miljoen jaar geleden de ruimte in geslingerd na een grote inslag op Mars. Na een lange reis door de interplanetaire ruimte sloeg de meteoriet zo’n dertienduizend jaar geleden op onze aarde in. ALH84001 werd in 1996 beroemd toen Science een artikel publiceerde van Dr. McKay (NASA) over mogelijke sporen van leven die in de meteoriet gevonden zouden zijn. De meteoriet werd door velen als het eerste bewijsstuk van het bestaan van buitenaards leven gezien. Een verhitte discussie over de achtergrond van de in de meteoriet gevonden structuren volgde. Inmiddels worden de sporen die een biologische achtergrond hebben, uitgelegd als verontreinigingen van aardse micro-ogranismen. Het is dus nog steeds wachten op het eerste bewijsstuk van ruimtereizende bacteriën. Bron: NASA

Een enkeltje Mars – Aarde

Brett Gladman, sterrenkundige aan de universiteit van British Columbia in Vancouver, heeft simulaties gemaakt van het verkeer tussen Mars en de aarde. Hij schat dat elke paar miljoen jaar een inslag op Mars voorkomt die hard genoeg is om materiaal te lanceren dat de aarde kan bereiken. In de miljoenen jaren na zo’n inslag zal er een constante hoeveelheid Mars-meteorieten op de aarde aankomen. Volgens Gladman slaan elk jaar zo’n vijftien Mars-meteorieten op de aarde in.

Het meeste materiaal dat een ruimtereis van Mars naar de aarde heeft gemaakt, heeft hier een paar miljoen jaar over gedaan. Kleine stukken materie in de vorm van gruis en stofdeeltjes zullen sneller door het zwaartekrachtsveld van een planeet gegrepen worden. Wanneer dit soort materie bij een inslag van een komeet op Mars genoeg snelheid en de juiste richting meekrijgt, kan het de reis naar de aarde in een veel korter tijdsbestek voltooien. Gladman schat dat na een inslag op Mars zo’n tien rotsen ter grootte van een vuist de ruimtereis naar de aarde binnen drie jaar af zullen leggen. Een goed vervoersmiddel voor een planeetspringend micro-organisme is dus voorhanden. De vraag is nu, of zo’n micro-organisme een dergelijke reis kan overleven.

Steriel verhitte veerpontjes

Om een ruimtereis te doorstaan, moet een bacterie van goede huize komen. Eerst een lancering met een enorme versnelling, dan een lange reis door de ruimte, waarbij de bacterie blootgesteld wordt aan allerlei soorten straling, en vervolgens een atmosfeer induiken en inslaan op een nieuwe planeet. Dominik: ‘De bacterie moet in een goede staat op een nieuwe planeet aankomen, zodat hij zich kan reproduceren als de omstandigheden daar goed zijn. De bacterie zelf hoeft de reis daarvoor niet te kunnen overleven, maar kan de ruimtereis ook in spore-vorm ondergaan. Een spore van een bacterie is beter in staat om extreme omstandigheden te doorstaan en kan duizenden jaren blijven bestaan.’

Volgens Wallis en Wickramasinghe, astrobiologen aan de universiteit van Cardiff, zijn de lancering en landing van het planetaire rotsblok voor een bacterie geen probleem. Kleine deeltjes, met een diameter van rond de 0,1 millimeter, zullen bij een lancering vanaf Mars tot niet meer dan 100º C verwarmd worden. Aangekomen bij de aarde zullen ze in de bovenlagen van de atmosfeer langzaam vertragen en daarbij nauwelijks verhit worden.

Grotere rotsblokken ondervinden door de aanwezige atmosfeer veel wrijving bij de lancering en landing. Hierbij zullen de buitenste lagen van de rots door de vrijgekomen hitte wegsmelten. Maar deze hittegolven hebben in de paar seconden dat zo’n lancering of landing duurt slechts tijd om tot op een paar millimeter in het binnenste van de meteoriet door te dringen. Micro-organismen die diep in zo’n rots verstopt zitten, zullen het dus overleven. Bovendien, zo stellen Wallis en Wickramasinghe, hebben experimenten in het laboratorium laten zien dat bevroren bacteriën een hittegolf tot 350oC tot 30 seconden kunnen overleven.

Interessant zijn ook de zogenaamde ‘nakhlieten’, een groep rotsen die elf miljoen jaar geleden door een grote inslag op Mars de ruimte in geslingerd zijn. Inmiddels zijn er zeven nakhlieten op aarde gevonden. Een onderzoeksgroep van Benjamin Weiss, bijzonder hoogleraar planetaire wetenschappen in Californië, heeft deze meteorieten geanalyseerd. Zij ontdekten dat zeker twee van deze meteorieten, vanaf het moment dat ze nog onderdeel van het marsoppervlak waren tot op de inslag op het aardoppervlak, niet meer dan 100oC verwarmd zijn. Materiaal kan dus van planeet naar planeet reizen zonder daarbij door de hitte gesteriliseerd te worden.

Een mogelijke buitenaardse voorouder? Deze zogenaamde deinococcus radiodurans kan zelfs de straling overleven binnenin een kernreactor. De bacterie kan een tot op vijfhonderd keer hogere stralingsintensiteit aan dan de mens. Sporen van dergelijke bacteriën zouden zich dus goed kunnen wapenen tegen de straling in de interplanetaire ruimte. Bron: Uniformed Services University of the Health Sciences

Stralingsschild voor ruimtereizende bacteriën

Een groter obstakel lijkt de blootstelling aan kosmische straling en de UV-straling van de zon tijdens de interplanetaire reis. Zulke hoogenergetische straling kan een populatie bacteriën volledig uitroeien. De buitenste lagen van een stuk rots kunnen als een schild dienen tegen UV straling. Maar kosmische straling in de vorm van geladen deeltjes kan in de buitenste lagen van de rots ook nieuwe straling opwekken die de bacteriën kan beschadigen.

Hoe dikker het schild, hoe beter een bacterie in het rotsblok beschermd blijft. Ruimtereizende bacteriesporen in een stuk rots met een diameter van tien meter zullen nauwelijks last hebben van straling. Maar zulke rotsblokken doen miljoenen jaren over de reis van Mars naar de aarde. Het is de vraag of bacteriesporen zo lang kunnen blijven bestaan.

Reist een populatie bacteriën met een vuistgroot rotsblok mee, dan moet die zich tegen de straling kunnen wapenen. Er zijn bacteriën bekend die goed bestand zijn tegen straling: de deinococcus radiodurans kan zelfs in een kernreactor overleven. Grondig onderzoek naar de overlevingskansen van bacteriepopulaties bij een langdurige ruimtereis is nog niet gedaan.

Marsmannetjes op aarde?

‘Vooralsnog lijkt de hypothese dat het aardse leven een buitenaardse oorsprong kan hebben door niemand te verwerpen,’ stelt Dominik enthousiast vast. ‘Maar of je het ooit zou kunnen bevestigen is een moeilijk te beantwoorden vraag. Wanneer het leven in ons zonnestelsel één oorsprong heeft, zouden de eerste levensvormen overal hetzelfde eruit zien. Een buitenaards micro-organisme zou dan nooit als zodanig herkend worden. Als het leven in ons zonnestelsel meer dan een oorsprong heeft, als leven bijvoorbeeld zowel op Mars als op de aarde onafhankelijk van elkaar is ontstaan, zouden de eerste levensvormen fundamenteel van elkaar verschillen. Zulke levensvormen die fundamenteel verschillen van het aardse leven zijn nog nergens gevonden.’

Panspermia en een buitenaardse oorsprong van het aardse leven lijken voorlopig dus niet meer dan interessante ideeën die noch te bevestigen, noch te ontkennen zijn. Een bron voor mooie sciencefiction is het in ieder geval wel.

Joppe van Driel is bachelorstudent Natuur- en Sterrenkunde aan de Universiteit van Amsterdam.

Referenties 1. Napier W.M., A mechanism for interstellar panspermia, Mon. Not. R. Astron. Soc. 348, 46-51 (2004) 2. Van Loon, A.J., The needless search for extraterrestrial fossils on Earth, Earth-Science Reviews 68, 335 – 346 (2005) 3. Wallis, Max K., Wickramasinghe, N.C., Interstellar transfer of planetary microbiota, Mon. Not. R. Astron. Soc. 348, 52-61 (2004) 4. Wainwright, Milton, A microbiologist looks at panspermia, Astrophysics and Space Science 285, 563 – 570 (2003)

Dit artikel is een publicatie van Universiteit van Amsterdam (UvA).
© Universiteit van Amsterdam (UvA), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 28 november 2006

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.