Op zoek naar de klepel

bij dezen en genen

Tag archief: o2

Het eerste leven ontstond in hydrothermale bronnen

Het ziet er naar uit dat de al 80-jaar oude theorie van het ontstaan van leven uit de prebiotische oersoep op de schop gaat. Een nieuwe studie lanceert de hypothese dat het eerste leven waarschijnlijk ontstaan is in de onderzeese hydrothermale bronnen. Hier bevinden zich reeds geochemische gradienten, die het transport van protonen bewerkstelligen, de eerste bron van energie voor leven. Alle huidige organismen halen hun energie uit intracellulaire chemiosmose.

De oude theorie van de oersoep baseert zich o.a. op het beroemde experiment van Miller-Urey, dat ervan uitging dat deze oersoep, met methaan en ammonia, in contact stond met de atmosfeer en waarin de bron van energie gevormd werd door electrische ontladingen, die de bliksem nabootsten. De glazen bol waarin dit experiment zich voltrok, bracht (uiteindelijk) bijna al de ons bekende aminozuren voort. Aminozuren vormen de bestanddelen van eiwitten, de bouwstenen van iedere cel en organisme.

De nieuwe studie lanceert een geheel andere hypothese, die al enigszins in de lucht hing

hydrothermal vents
Van internet: Hydrothermale diepzeebronnen

(zie ook onderstaand filmpje). Ze stellen allereerst voor dat het leven uit gassen ontstond (H2, CO2, N2, H2S) en dat de energie voor het eerste leven verzameld werd uit geochemische gradienten die zich bevinden in kleine onderling verbonden poriën van speciale hydrothermale bronnen. Een dergelijk soort honingraat van microscopische gaatjes kan gezien worden als een geheel aan katalytische kleine cellen, waar zich vervolgens lipiden, proteinen en nucleotiden gevormd kunnen hebben.

Deze nieuwe ideeën baseren zich op die van Michael J. Russell over alkaline diepzeebronnen die chemische gradienten produceren. Deze komen sterk overeen met de protonengradienten in de membranen van levende organismen. De eerste organismen maakten waarschijnlijk gebruik van deze protonengradienten om het universele energiemolecuul ATP (of een eenvoudiger alternatief) aan te maken. Mettertijd evolueerden de organismen naar een eigen intern protonengradient. De onderzoekers stellen dat de eerste electronendonor H2 en de eerste acceptor CO2 was. (Er bestond nog geen O2 in de atmosfeer en het water.) Ze veronderstellen dus dat het eerste leven aanvankelijk energie haalde uit de geochemische gradienten, waarna ze deze inbouwden en eigenmaakten om onafhankelijk te worden van de diepzeebronnen.

Een dergelijke hypothese, ook al is die minder biochemisch van aard, werd gesuggereerd in dit filmpje (met dank aan ing. St Hawk) over een lezing van David Gallo met prachtige bewegende beelden van hydrothermale bronnen en de omringende fauna. Hier leven bacteriën die resistent zijn tegen hoge temperaturen (180°C) en H2S ‘ademen’. De wetenschappers uit het filmpje beweren dat deze levensvormen wel eens de oudste organismen op Aarde kunnen zijn.


Bron: ScienceDaily
Update 13-02-2010: artikel in NewScientist

Gaia versus Medea

Nadat in 1979 het boek Gaia-hypothese van James Lovelock verscheen, waarin de Aarde als een homeostatisch organisme werd voorgesteld, waar het leven zelf nieuwe evenwichten creëert en in stand houdt, is nu een boek verschenen van Peter Ward getiteld ‘the Medea hypothesis’, waarin met voorbeelden uit de geschiedenis van de Aarde wordt aangetoond dat onze planeet wel degelijk kan terugkeren naar een chemisch evenwicht waarbij alle leven zou kunnen verdwijnen. Het chemisch evenwicht is synoniem voor dode planeten. Dit laatste wist ook de scheikundige Lovelock die bij de NASA werkte en altijd beweerde dat het geen zin had om leven op Mars te zoeken, omdat dat een dode planeet is, met een chemisch evenwicht dus. De Gaia-hypothese was net zo optimistisch als dat de Medea-hypothese pessimistisch is.

Gaia

Het meest simpele voorbeeld uit de Gaia-hypothese is dat van een planeet met zwarte en witte madeliefjes. De witte madeliefjes bloeien bij hoge temperaturen en de zwarte bij lage temperaturen. Overheersen de witte madeliefjes dan koelt de planeet af, omdat ze veel licht terugkaatsen, en nemen de zwarte madeliefjes het over. Ze weerkaatsen weinig licht, absorberen dit en de temperatuur gaat weer omhoog. Dan komen er weer steeds meer witte madeliefjes die het zonlicht weerkaatsen en de planeet koelt weer af, tot in het oneindige. James Lovelock geeft dit als voorbeeld van homeostase op planetair niveau en beweert dat dit ook voor de Aarde geldt waar de systemen uiteraard veel complexer zijn. De cyclus van zuurstof en kooldioxide bijvoorbeeld zorgt ervoor dat deze nooit in chemisch evenwicht komen. De basis van deze cyclus wordt gevormd door de voortdurende toestroom van CO2 die door de vegetatie opgenomen wordt en dan O2 loslaat en die van de dieren die O2 ademen en CO2 uitstoten. James Lovelock beweert: "De Gaia theorie stelt dat de temperatuur, de oxidatiegraad, de zuurtegraad en bepaalde aspecten van gesteente en water constant gehouden worden, en dat deze homeostase door een actieve feedback automatisch en onbewust behouden blijft door de biota”. De Aarde zelf is een organisme.

De Medea-hypothese daarentegen wijst op era uit het verleden van de Aarde waarin alle

medea
Medea

leven uitstierf.
Rond 3,7 miljard jaar geleden stootten methaanproducerende micro-organismen zoveel methaan uit dat dit extreme broeikasgas de temperatuur enorm deed rijzen, waarbij veel levensvormen uitstierven.
Zo’n 2,8 miljard jaar geleden evolueerde de fotosynthese van micro-organismen zo sterk dat er enorme hoeveelheden O2 geproduceerd werden dat giftig was voor de meeste micro-organismen van toen. Diezelfde fotosynthese absorbeerde dusdanig veel CO2 dat de Aarde enorm afkoelde en de oceanen compleet bevroren raakten. Deze ijstijd duurde 100 miljoen jaar.
Een derde episode rond 400 miljoen jaar geleden. De Aarde produceert veel CO2 door vulkanen. Dit CO2 wordt door het gesteente opgeslagen en daarbij geholpen door de plantenwortels die het gesteente blootstellen aan de atmosfeer. De planten zelf slaan ook veel CO2 op. Dit opslagsysteem was zo een succes dat er zich wederom een ijstijd van 50 miljoen jaar voordeed waarbij opnieuw veel leven uitstierf.
De massa-extincties van 65 miljoen jaar geleden worden vaak toegeschreven aan inslagen van meteorieten, maar er bestaat ook de theorie dat micro-organismen in warme oceanen enorm groeiden en veel hydrosulfaat produceerden waardoor de lucht vergiftigd werd. Volgens de Gaia-theorie had het leven al deze evenementen moeten compenseren, maar dat is dus niet zo gegaan.  

(Bekijk ook de era van het verleden en de toekomst van de Aarde volgens de Medea-theorie).

Op basis van de Medea-theorie wordt voorzien dat met het heter worden van de zon (die sinds 4,7 miljard jaar 30% harder is gaan schijnen), er een globale opwarming van de Aarde komt, wat de erosie van het gesteente versnelt en wat de opslag van CO2 weer zal bevorderen. Ook de toename van vegetatie zal hier aan meewerken. In eerste instantie compenseert deze CO2-opslag de toenemende temperatuur, maar er komt een moment waarop er niet genoeg CO2 meer is voor fotosynthese. Planten zullen sterven en zo ook de dieren. De CO2 gaat opnieuw omhoog en de Aarde wordt zo heet dat de oceanen gaan koken. De planeet wordt steriel.

Het zijn twee tegenovergestelde hypothesen en hopelijk heeft de oudere Gaia-hypothese nog steeds een grond van waarheid, want ook al wordt het einde van de levende Aarde volgens Peter Ward geschat op zo’n miljard jaar, de Gaia-planeet is gewoon veel mooier.

Grotendeels uit: New Scientist

Footnotes to Plato

because all (Western) philosophy consists of a series of footnotes to Plato

Zwervende gedachten

Een filosoof over argumentatie, biologie, handelingstheorie en wat hem verder invalt

Jonas Bruyneel

Literatuur/Journalistiek/Muziek

mjusicamanti.wordpress.com/

per amanti della vera musica

SangueVivo

Ancora solo un battito in più - blog personale di Paolo Minucci

Scientia Salon

An archived blog about science & philosophy, by Massimo Pigliucci

Infinite forme bellissime e meravigliose

si sono evolute e continuano a evolversi

Meneer Opinie

Altijd een mening, maar niet altijd gehinderd door kennis van zaken

The Cambrian Mammal

An evo-devo geek's scientific meanderings

Evolutie blog

bij dezen en genen

The Finch and Pea

A Public House for Science

voelsprieten

* wonder van het alledaagse *

kuifjesimon

Just another WordPress.com site

The Amazing Comics Men

Comics by Dutch cartoonists Jan the Stripman & Wim the Mysterious Helpman

Barbara Jansma

Prenten, spotprenten en schilderijen

%d bloggers liken dit: