Oorsprong en evolutie van het leven
Van de oerknal tot het transhumanisme
Artikel verschenen in deMens.nu Magazine jg13 nr1. Lees hier meer artikels over ‘het begin van het leven’.
Enkele miljarden jaren geleden gebeurt er iets heel bijzonders op planeet aarde. Wat zo-even nog dode materie was, is nu leven geworden. Het elementaire leven zal evolueren naar diverse soorten bacteriën, algen, schimmels, planten, dieren en uiteindelijk ook mensen. Vandaag heeft de mens de toekomst van het leven op aarde in eigen handen. Dat brengt heel wat ethische vragen met zich mee.
Bert Goossens
Energetische cocktail
Alles begint 13,8 miljard jaar geleden met de oerknal. Na de big bang breidt het heelal zich snel uit en koelt het af. Zo ontstaan de sterrenstelsels met sterren, zwarte gaten en planeten. De aarde is ongeveer 4,5 miljard jaar geleden ontstaan, samen met de zon en de rest van het zonnestelsel.
Onze planeet, oorspronkelijk een hete bol, koelt langzaamaan af. De aardkorst krijgt vorm en uit ijskometen ontstaan er oceanen. Vulkaanuitbarstingen zorgen voor een atmosfeer van waterstof en helium. De Disney-klassieker Fantasia uit 1940 brengt die energetische cocktail mooi in beeld.
In de oersoep zijn er verschillende elementen aanwezig: zuurstof, koolstof, fosfor, stikstof, zwavel en calcium. Er is een hoge kans op chemische reacties, waardoor er nieuwe moleculen ontstaan die de basis vormen voor het leven.
Het eerste leven
Veel van onze kennis over hoe het leven op aarde er vroeger uitzag, is gebaseerd op fossielen. In 2017 worden in Canada fossiele resten van bacteriën gevonden van minstens 3,8 miljard jaar oud. Bijna zo oud als de aarde dus. Het is moeilijk om vast te stellen wanneer en hoe het leven exact is ontstaan. Wetenschappers zetten vandaag experimenten op om de omstandigheden waarin het leven is kunnen ontstaan na te bootsen. Zo komt men tot volgende, gangbare theorie.
In de oersoep zijn moleculen door chemische reacties een cel gaan vormen. Die eerste cel ziet er heel eenvoudig uit: een vliesje met wat eiwit en een streng met erfelijk materiaal. Die oercel kon wel iets heel bijzonders: zichzelf delen oftewel voortplanten. Uit die eenvoudige cel is al het leven op aarde kunnen ontstaan. Er is ook een alternatieve theorie die stelt dat het leven elders in het universum is ontstaan en via een komeet naar de aarde is meegereisd.
Het elementaire leven op aarde zit niet stil en neemt steeds complexere vormen aan. Om dat proces te begrijpen, laten we ons licht schijnen op een van de origineelste en scherpzinnigste wetenschappers uit de geschiedenis.
Het ontstaan van soorten
Charles Darwin is een Britse natuurwetenschapper die in de negentiende eeuw leefde (1809-1882). In 1859 wordt zijn meesterwerk Over het ontstaan van soorten voor het eerst gepubliceerd. Daarin beschrijft hij hoe levende wezens door geleidelijke evolutie zijn ontstaan. Hij is niet zomaar op die theorie gekomen, er gaat een lang proces van onderzoek en reflectie aan vooraf.
Als jongvolwassene reist Darwin vijf jaar lang mee met het expeditieschip HMS Beagle. De expeditie heeft als doel kustlijnen van over de hele wereld in kaart te brengen. Darwin houdt zich onderweg bezig met het bestuderen van de lokale fauna, flora en geologie. Meer dan eens is hij verwonderd over de enorme diversiteit in de natuur. Ook binnen dezelfde soort vind je diversiteit terug, wat in wetenschappelijke termen variatie wordt genoemd.
Als Darwin na vijf jaar opnieuw in zijn vertrouwde Engeland aanmeert, wordt hij alom geprezen als bekwame natuurwetenschapper. Hij schrijft boeken en wetenschappelijke artikelen over de reis en zijn onderzoeken. Darwin is op zichzelf, maar hij sluit zich niet af van de buitenwereld. Hij houdt er enorm veel penvrienden op na, waardoor hij tal van nieuwe ideeën leert kennen. Zo onderhoudt hij een briefwisseling met kwekers van duiven, kippen en honden.
Fokkers houden zich al eeuwen bezig met het verbeteren van hun dieren. Zij beseffen dat eigenschappen erfelijk zijn: ouders geven ze aan hun nakomelingen door. Daarom selecteren fokkers altijd het, voor hun doeleinden, beste mannetje en vrouwtje en laten die met elkaar paren. Ze proberen dus eigenlijk de natuurlijke variatie naar hun hand te zetten.
Door dat proces ontstaan dieren die nuttig zijn voor de mens, zoals melkkoeien, legkippen of waakhonden. Hetzelfde gaat op voor het kruisen van planten. Door steeds met de beste appels verder te telen, ontstaan na een lang proces sappige en gezonde vruchten. Overerving is een belangrijk ingrediënt van de evolutietheorie.
Natuurlijke selectie
Een ander belangrijk inzicht krijgt Darwin door een idee van de Britse econoom Thomas Malthus.
Malthus is niet echt een vrolijke man te noemen. Zijn bekendste stelling luidt: “De bevolking neemt sneller toe dan de mogelijkheid om voedsel te produceren. Dat zal grote catastrofes tot gevolg hebben, zoals hongersnood en massale sterfte.”
Wat Malthus stelt, geldt in ieder geval voor de natuur, beseft Darwin. Het beeld dat de natuur een prachtig complex horloge is, een idee dat sterk leeft in die tijd, is misleidend. In de natuur woedt een enorme strijd om te overleven.
Strijden wil niet zeggen dat dieren voortdurend met elkaar vechten. Dieren, maar ook planten en andere organismen van dezelfde soort concurreren met elkaar om voedsel, licht, een veilige broedplaats … De organismen die het best aan de omgeving zijn aangepast, hebben de meeste kans om te overleven.
Darwin noemt dat proces natuurlijke selectie. Dat houdt in dat de organismen binnen een soort die beter in hun omgeving passen, meer kans hebben om te overleven en voor nakomelingen te zorgen dan minder goed aangepaste organismen. Natuurlijke selectie vormt de kern van de evolutietheorie. (lees verder onder de illustratie)
De evolutie van de oergiraf
Wat is nu de relatie tussen variatie, overerving, natuurlijke selectie en de evolutie van soorten? Dat maakt het voorbeeld van de oergiraf duidelijk.
Stel je een giraf met een niet zo bijzonder lange nek voor. We noemen die de oergiraf. De oergiraf eet graag bladeren van bomen. Door een verandering in de omgeving, het gaat bijvoorbeeld meer regenen, worden de bomen hoger. De takken komen daardoor buiten het bereik van de meeste dieren.
En dan zijn er een vader en een moeder oergiraf met drie nakomelingen die op elkaar lijken, maar toch een beetje verschillen – dat is variatie. Het is nogal een gedoe voor die oergiraffen, waaronder dat gezinnetje, om eten te vinden. Alleen de jongste oergiraf, die een iets langere nek heeft, kan aan de hoogste takken en verzamelt zo voldoende voedsel om te overleven. Hij kan zijn eigenschappen, waaronder de iets langere nek, aan zijn nakomelingen doorgeven – dat is overerving. En opnieuw maken de nakomelingen met de langste nek, omdat die beter aan hun omgeving zijn aangepast, de meeste kans om te overleven en zich voort te planten. Dat proces noemen we natuurlijke selectie.
Stel je nu voor dat dat proces eeuwen en eeuwen doorgaat. Het zijn steeds de best aangepaste oergiraffen met de langste nek die overleven en zich kunnen voortplanten. Zo ontstaat na verloop van tijd een heel nieuwe soort die we vandaag ‘de giraf’ noemen. De giraffen zijn geëvolueerd zonder dat een of andere horlogemaker daarvoor een plannetje heeft moeten maken. Het is simpelweg een gevolg van de blinde werking van de – erg wrede – natuur.
Dat proces geldt voor alles in de natuur: grassprieten, rozen, kwallen, mieren, egels, olifanten … en mensen. (lees verder onder de illustratie)
Seksuele selectie
Nog een belangrijk inzicht dat Darwin verwerft, is dat sommige eigenschappen die een soort van het eeuwenlange evolutieproces overhoudt, niet altijd nuttig zijn. Denk maar aan je staartbeentje.
Darwin realiseert zich dat sommige van die ‘onnuttige’ eigenschappen dan wel geen voordeel bieden om te overleven, maar wel om zich voort te planten. Seksuele selectie gaat over die eigenschappen die ervoor zorgen dat een mannetje door een vrouwtje wordt gekozen.
Een bekend voorbeeld van seksuele selectie is de voortplanting bij de pauw. Mannetjes pronken met hun prachtige veren. Op het eerste gezicht kan je denken dat zo’n opvallende staart niet echt de overlevingskansen vergroot. Je bent toch zo door een roofdier gespot? Vrouwtjes kiezen echter resoluut voor het mannetje met de meest opzichtige staart, waardoor die in het voordeel is om meer nakomelingen te krijgen. Helemaal onlogisch is die keuze niet: als je met zo’n opvallende veren kan overleven, dan moet je wel een echte krachtpatser zijn.
Sommige eigenschappen vergroten dus niet de kans om te overleven. Ze zijn er gewoon of ze geven een voordeel bij de voortplanting.
Genetica en DNA
Wat Darwin nog niet goed vat, is hoe het nu precies komt dat kinderen op hun ouders lijken en wat aan de basis van variatie ligt.
Het is de Oostenrijkse priester Gregor Mendel, een tijdgenoot van Darwin, die door het experimenteren met het kruisen van erwten tot inzichten in de werking van overerving komt. Zijn werk zou echter pas jaren later ontdekt worden.
De experimenten van Mendel vormen de basis van de wetenschapstak genetica of erfelijkheidsleer. Die leert ons dat in elke cel van een levend wezen een biologische handleiding zit, het DNA.
DNA bestaat uit genen. Genen zijn stukjes code die erfelijke eigenschappen zoals blauwe ogen, een lange nek, een mooie staart … bepalen. Jij lijkt op je ouders en op je broers en zussen, maar je bent toch uniek. Je kreeg een unieke mix van het DNA en dus ook van de eigenschappen van je ouders. Terwijl je broer of zus een iets andere mix kreeg.
Bij het doorgeven van het DNA kunnen ‘kopieerfoutjes’ gemaakt worden. Dat kan leiden tot beperkingen, maar ook tot geheel nieuwe eigenschappen die net een voordeel bieden in de strijd om het bestaan. Denk maar aan de iets langere nek van die ene oergiraf die kon overleven. (lees verder onder de foto)
Transhumanisme
Vandaag heeft de mens meer dan ooit tevoren de evolutie van zijn soort, maar ook die van andere soorten in handen. Genetisch onderzoek gaat razendsnel vooruit, wat tot nieuwe medische toepassingen leidt. Denk maar aan de befaamde mRNA-vaccins die bij de bestrijding van corona en andere ziekten worden ingezet.
Daarnaast doet de opkomst van artificiële intelligentie, kortweg AI, ons ook nadenken over wat het betekent om ‘te leven’. De grens tussen biologie en technologie wordt steeds kleiner. Transhumanisten vinden dat een goede zaak: volgens hen moeten we wetenschap en technologie aanwenden om de biologische grenzen van mensen te doorbreken.
De nieuwe technologieën brengen heel wat ethische vragen met zich mee. Welk wettelijk kader schetsen voor het ontwikkelen van kunstmatige intelligentie? Hoever gaan we in het sleutelen aan de genen van onze (toekomstige) kinderen? Hoe beschermen we de biodiversiteit binnen de context van klimaatverandering? Hoe ordenen we onze samenleving zodat fundamentele vrijheden en mensenrechten worden gevrijwaard?
Of om het samen te vatten: welk leven willen we voor onszelf én voor onze nakomelingen? (lees verder onder de foto)
Meer weten?
Wetenschaap legt moeilijke onderwerpen, zoals het ontstaan van het universum en het leven op aarde, uit in korte video’s: bekijk ze hier.
Ontdek ook het webverhaal van Charles Darwin en de evolutietheorie: ga naar In de geest van Darwin.
