Hoe kunnen astrobiologen buitenaards leven vinden? In het dagelijks leven hebben we meestal geen enkel probleem om te vertellen dat een hond of een rozenstruik een levend wezen is en een steen niet. In de klimatologische scène van de film ‘Europa Report’ kunnen we in één oogopslag zien dat het schepsel met meerdere tentakels dat in de oceaan van Jupiters maan Europa heeft ontdekt zwemmen levend, ingewikkeld en mogelijk intelligent is.
Maar tenzij iets zwemt, loopt, kruipt of langs de camera's van een kijkend ruimtevaartuig glijdt, staan astrobiologen voor een veel zwaardere klus. Ze moeten tests bedenken waarmee ze de aanwezigheid van buitenaards microbieel leven kunnen afleiden uit gegevens van ruimtevaartuigen. Ze moeten fossiele sporen van buitenaards leven in het verleden kunnen herkennen. Ze moeten kunnen bepalen of de atmosfeer van verre planeten die om andere sterren cirkelen, de sporen bevat van onbekende levensvormen. Ze hebben manieren nodig om de aanwezigheid van leven af te leiden uit kennis van de eigenschappen ervan. Een definitie van het leven zou hen vertellen wat die eigenschappen zijn en hoe ze ernaar moeten zoeken. Dit is de eerste van een tweedelige serie die onderzoekt hoe ons levensconcept de zoektocht naar buitenaards leven beïnvloedt.
Wat onderscheidt levende wezens? Eeuwenlang hebben filosofen en wetenschappers naar een antwoord gezocht. De filosoof Aristoteles (384-322 v.Chr.) Besteedde veel aandacht aan het ontleden van dieren en het bestuderen van levende wezens. Hij veronderstelde dat ze onderscheidende speciale capaciteiten hadden die hen onderscheiden van dingen die niet leven. Geïnspireerd door de mechanische uitvindingen van zijn tijd, geloofde de renaissancefilosoof Rene Descartes (1596-1650) dat levende wezens waren als uurwerkmachines, hun speciale capaciteiten die voortvloeiden uit de manier waarop hun onderdelen waren georganiseerd.
In 1944 schreef de natuurkundige Erwin Schrödinger (1887-1961) Wat is leven? Daarin stelde hij voor dat de fundamentele verschijnselen van het leven, inclusief zelfs hoe ouders hun eigenschappen doorgeven aan hun nakomelingen, begrepen kunnen worden door de fysica en chemie van levende wezens te bestuderen. Het boek van Schrödinger was een inspiratie voor de wetenschap van de moleculaire biologie.
Levende organismen zijn gemaakt van grote gecompliceerde moleculen met ruggengraat van gekoppelde koolstofatomen. Moleculair biologen konden veel van de functies van het leven verklaren in termen van deze organische moleculen en de chemische reacties die ze ondergaan wanneer ze worden opgelost in vloeibaar water. In 1955 ontdekten James Watson en Francis Crick de structuur van deoxyribonucleïnezuur (DNA) en toonden hoe het de opslagplaats zou kunnen zijn van erfelijke informatie die van ouder op nakomelingen werd doorgegeven.
Hoewel al dit onderzoek en theoretiseren ons begrip van het leven enorm heeft vergroot, heeft het geen bevredigende definitie van leven opgeleverd; een definitie waarmee we op betrouwbare wijze dingen kunnen onderscheiden die leven en dingen die dat niet zijn. In 2012 stelde de filosoof Edouard Mahery dat het bedenken van één enkele definitie van leven zowel onmogelijk als zinloos was. Astrobiologen kunnen zo goed mogelijk overweg met definities die gedeeltelijk zijn en uitzonderingen hebben. Hun zoektocht wordt bepaald door onze kennis van de specifieke kenmerken van het leven op aarde; het enige leven dat we momenteel kennen.
Hier op aarde onderscheiden levende wezens zich door hun chemische samenstelling. Naast koolstof zijn de elementen waterstof, stikstof, zuurstof, fosfor en zwavel bijzonder belangrijk voor de grote organische moleculen waaruit het aardse leven bestaat. Water is een noodzakelijk oplosmiddel. Aangezien we niet zeker weten wat er nog meer mogelijk is, gaat de zoektocht naar buitenaards leven er doorgaans van uit dat de chemische samenstelling ervan vergelijkbaar is met die van het leven op aarde.
Gebruikmakend van die aanname geven astrobiologen een hoge prioriteit aan het zoeken naar water op andere hemellichamen. Ruimtevaartuig heeft bewezen dat Mars ooit vloeibare waterlichamen op zijn oppervlak had. Het bepalen van de geschiedenis en omvang van dit water is een centraal doel van de verkenning van Mars. Astrobiologen zijn enthousiast over het bewijs van ondergrondse oceanen van water op Jupiters maan Europa, Saturnus maan Enceladus en misschien op andere manen of dwergplaneten. Maar hoewel de aanwezigheid van vloeibaar water omstandigheden impliceert die geschikt zijn voor leven op aarde, bewijst het niet dat een dergelijk leven bestaat of ooit heeft bestaan.
Organische chemicaliën zijn nodig voor het leven op aarde, maar wat betreft water bewijst hun aanwezigheid niet dat er leven bestaat, omdat organische materialen ook kunnen worden gevormd door niet-biologische processen. In 1976 waren de twee Viking-landers van NASA het eerste ruimtevaartuig dat volledig succesvolle landingen op Mars maakte. Ze droegen een instrument; noemde de gaschromatograaf-massaspectrometer, die de grond testte op organische moleculen.
Zelfs zonder leven verwachtten wetenschappers dat ze wat organische materialen in de bodem van Mars zouden vinden. Organische materialen gevormd door niet-biologische processen worden aangetroffen in koolstofhoudende meteorieten en sommige van deze meteorieten zouden op Mars zijn gevallen. Ze waren verrast dat ze helemaal niets vonden. Destijds werd het niet vinden van organische moleculen beschouwd als een grote klap voor de mogelijkheid van leven op Mars.
In 2008 ontdekte NASA's Phoenix-lander een verklaring waarom Viking geen organische moleculen detecteerde. Als blijkt dat de Marsgrond perchloraten bevat. Perchloraten bevatten zuurstof en chloor en zijn oxidatiemiddelen die organisch materiaal kunnen afbreken. Hoewel perchloraten en organische moleculen naast elkaar in Marsgrond konden bestaan, stelden wetenschappers vast dat het verwarmen van de grond voor de Viking-analyse ertoe zou hebben geleid dat de perchloraten elk organisch materiaal dat het bevatte, zouden vernietigen. Marsgrond kan immers organische stoffen bevatten.
Tijdens een nieuwsbriefing in december 2014 kondigde NASA aan dat een instrument aan boord van de Curiosity Mars-rover voor het eerst erin geslaagd was om eenvoudige organische moleculen op Mars te detecteren. Onderzoekers geloven dat het mogelijk is dat de gedetecteerde moleculen afbraakproducten zijn van complexere organische moleculen die tijdens het analyseproces door perchloraten werden afgebroken.
De chemische samenstelling van het aardse leven heeft ook de zoektocht naar sporen van leven in Mars-meteorieten begeleid. In 1996 rapporteerde een team van onderzoekers onder leiding van David McKay van het Johnson Space Center in Houston bewijs dat een meteoriet op Mars die in 1984 in Alan Hills op Antarctica werd gevonden, chemisch en fysisch bewijs van het leven op Mars bevatte.
Er zijn sindsdien soortgelijke beweringen geweest over andere Mars-meteorieten. Maar voor veel van de bevindingen zijn niet-biologische verklaringen voorgesteld, en het hele onderwerp is verwikkeld gebleven in controverse. Meteorieten hebben tot nu toe niet het soort bewijs opgeleverd dat nodig is om het bestaan van buitenaards leven buiten redelijke twijfel te bewijzen.
Na Aristoteles geven de meeste wetenschappers er de voorkeur aan het leven te definiëren in termen van zijn capaciteiten in plaats van in zijn samenstelling. In de tweede aflevering zullen we onderzoeken hoe ons begrip van de capaciteiten van het leven de zoektocht naar buitenaards leven heeft beïnvloed.
Referenties en verder lezen:
N. Atkinson (2009) Perchloraten en water vormen een potentieel leefbaar milieu op Mars, Space Magazine.
S. A. Benner (2010), Defining life, Astrobiologie, 10(10):1021-1030.
E. Machery (2012), Waarom ik me geen zorgen meer maakte over de definitie van leven ... en waarom jij dat ook zou moeten doen, Synthese, 185:145-164.
L. J. Mix (2015), verdedigende definities van leven, Astrobiologie, 15 (1) online geplaatst vóór publicatie.
T. Reyes (2014) NASA's Curiosity Rover detecteert methaan, organische stoffen op Mars, Space Magazine.
S. Tirard, M. Morange en A. Lazcano, (2010), De definitie van leven: een korte geschiedenis van een ongrijpbare wetenschappelijke onderneming, Astrobiologie, 10(10):1003-1009.
Hebben Viking Mars-landers de bouwstenen van het leven gevonden? Ontbrekend stuk inspireert nieuwe kijk op puzzel. Science Daily Featured Research 5 september 2010
NASA-rover vindt actieve en oude organische chemie op Mars, Jet Propulsion-laboratorium, California Institute of Technology, News, 16 december 2014.
Europa: Ingredients for Life?, National Aeronautics and Space Administration.
