Bewoonbare Planeten

Een tijdje terug kon je al eens lezen over astrobiologie – de wetenschap die buitenaards leven bestudeert. Hoewel buitenaards leven nog niet gevonden is, is er voor astrobiologen genoeg te onderzoeken. Op Aarde wordt leven gezocht en gevonden in steeds extremere en vreemdere omstandigheden. In ons Zonnestelsel gaat de zoektocht naar leven door met allerlei ruimtevaartuigen; en in de rest van het Heelal worden steeds meer exoplaneten gevonden, waarvan sommige veel op de Aarde lijken.

Bewoonbare planeten

Om leven te kunnen laten ontstaan en gedijen moet een planeet, aan een aantal voorwaarden voldoen. Zo is er voor leven vloeibaar water nodig; het moet niet zo heet zijn dat alle water verdampt en het heelal in verdwijnt, of zo koud dat het allemaal bevroren is. Ook is er een bron van energie nodig om stofwisseling te kunnen laten gebeuren. Op Aarde is de Zon de energiebron van (bijna) alle levensprocessen. Maar de energie kan bijvoorbeeld ook geleverd worden door vulkanisme. Verder is er voor leven een atmosfeer nodig die ervoor zorgt dat temperaturen niet extreem hoog of laag worden. Deze voorwaarden voor leven resulteren erin dat er voor ieder type ster een bewoonbare zone kan worden vastgesteld. Deze ligt op dusdanige afstand van een ster dat water in vloeibare fase kan voorkomen. Voor een heldere ster die veel licht en warmte afgeeft is dat verder weg dan voor een zwakkere ster.

 Afbeelding 1: De bewoonbare zone (blauw) voor twee sterren van verschillende grootte: de Zon en Gliese 581. In het Zonnestelsel ligt de Aarde, maar ook Mars in de bewoonbare zone. Gliese 581 is een rode dwerg met minstens 3, maar waarschijnlijk meer planeten. Omdat rode dwergen minder helder zijn, ligt hun bewoonbare zone dichter bij.

Afbeelding 1: De bewoonbare zone (blauw) voor twee sterren van verschillende grootte: de Zon en Gliese 581. In het Zonnestelsel ligt de Aarde, maar ook Mars in de bewoonbare zone. Gliese 581 is een rode dwerg met minstens 3, maar waarschijnlijk meer planeten. Omdat rode dwergen minder helder zijn, ligt hun bewoonbare zone dichter bij. http://www.astrobio.net/

Bewoonbare omgevingen op Aarde

Het merendeel van het leven op Aarde heeft gematigde omstandigheden nodig. Niet te warm of te koud, te droog of te zout. Lang werd gedacht dat in extreme omstandigheden, zoals hete bronnen, eigenlijk geen leven kon bestaan. In de jaren ’80 en ’90 kwam daar verandering in met de ontdekking van zogenaamde extremofielen. Dit zijn organismen die juist heel goed tegen extreme omstandigheden kunnen. Meestal zijn het bacteriën, maar er zijn ook extremofiele dieren en planten. Er zijn bijvoorbeeld bacteriën gevonden in het gesteente diep onder de oceaanbodem, waar ze overleven onder zeer grote druk en hoge temperatuur. Ook zijn er bacteriën die hoge doses radioactieve straling kunnen weerstaan, of een veel grotere zwaartekracht dan op Aarde.

Astrobiologen zijn geïnteresseerd in deze extremofielen, omdat ze leven in omgevingen zoals die op andere planeten voorkomen. Zo zouden de bacteriën die diep in gesteentes leven prima op Mars kunnen overleven, en organismen die voorkomen bij hete bronnen in de oceaan zouden een geschikte leefomgeving vinden bij heetwaterbronnen in de met ijs bedekte oceaan van Jupiters maan Europa.

Ook voor de theorie van Panspermie zijn extremofielen van belang. Deze theorie stelt dat het leven door het Heelal verspreid wordt, en op Aarde gearriveerd is, met inslagen van kometen. Organismen die door de ruimte reizen op kometen of planetoïden moeten goed bestand zijn tegen radioactieve straling en hoge versnellingen, zoals inderdaad gevonden is bij sommige extremofielen.

Een interessante groep extremofiele dieren zijn beerdiertjes. Het zijn kleine gelede diertjes met acht poten, die normaal gesproken in een vochtige omgeving leven. Sommige soorten kunnen echter in een status van schijndood gaan. Ze drogen dan volledig uit en kunnen zeer hoge en lage temperaturen weerstaan. Als ze weer in contact met water komen, komen ze binnen enkele uren weer tot leven. In 2007 werden beerdiertjes meegenomen op een ruimtemissie en blootgesteld aan de extreme koude, het vacuüm en de straling in de ruimte. De meeste beerdiertjes overleefden deze vijandelijke omstandigheden in hun schijndode status. Alleen tegen de ultraviolette straling van de Zon bleken ze niet goed bestand. Beerdiertjes zouden aan panspermie kunnen doen; binnenin een komeet zouden ze beschermd zijn tegen ultraviolette straling en zo zouden ze door de ruimte kunnen reizen.

Afbeelding 2: De Grote Prismatische Bron in Yellowstone Park in de Verenigde Staten is een heetwaterbron die zijn naam dankt aan zijn heldere kleuren. Die worden veroorzaakt door matten van extremofiele bacteriën en algen.

Afbeelding 2: De Grote Prismatische Bron in Yellowstone Park in de Verenigde Staten is een heetwaterbron die zijn naam dankt aan zijn heldere kleuren. Die worden veroorzaakt door matten van extremofiele bacteriën en algen. http://www.zmescience.com/

Afbeelding 3: Een elektronenmicroscopische foto van een beerdiertje.

Afbeelding 3: Een elektronenmicroscopische foto van een beerdiertje. http://proto-knowledge.blogspot.co.uk/

Mars – een bewoonbare planeet?

Als het leven op Aarde in zulke extreme omstandigheden kan bestaan, zou er dan ook leven op Mars zijn? Mars is wel een stuk kouder en droger dan de Aarde, en heeft een veel dunnere atmosfeer, maar er is water gevonden, en in de bodem zouden organismen beschermd zijn tegen ultraviolette straling van de Zon. Sinds de Vikings in de jaren ’70 zijn er vele missies naar Mars geweest die hebben gezocht naar water en bepaalde chemische kenmerken van leven. De bekende Mars Exploration Rovers Spirit en Opportunity hebben vanaf 2003 op Mars rondgereden en veel verschillende gesteenten en (bevroren) water gevonden.

De meest recente missie is Mars Science Laboratory met de Curiosity Rover. Deze werd in November 2011 gelanceerd en landde in de Gale krater op Mars in Augustus 2012. Curiosity rijdt rond op weg naar de 5 kilometer hoge berg Aeolis Mons. Onderweg maakt hij foto’s en neemt monsters van de bodem die met instrumenten aan boord geanalyseerd kunnen worden voor verschillende chemische kenmerken die zouden kunnen wijzen op de aanwezigheid van leven. De rover heeft een eerste set bodemmonsters geanalyseerd en wat water gevonden en chemische elementen die onderdeel zouden kunnen zijn van organische moleculen. Organische moleculen zelf  (die een sterke aanwijzing zouden zijn voor de aanwezigheid van leven) zijn nog niet gevonden, maar de missie is pas net begonnen! Naar verwachting zal Curiosity in September 2013 bij Aeolis Mons aankomen. Deze berg bevat gelaagde afzettingen die geobserveerd zijn vanuit een baan om de planeet, en die mineralen bevatten die in de aanwezigheid van water gevormd zijn. Waarschijnlijk was de Gale krater zelf ooit een groot meer, en de gelaagde afzettingen zijn snel genoeg gevormd om eventuele sporen van micro-organismen vast te leggen.

Afbeelding 4: Een zelfportret van de Curiosity Rover, bestaande uit een mozaïek van foto’s genomen met een camera op een robotarm. In de voorgrond kun je zien waar de rover vier scheppen zand heeft genomen. Op de achtergrond rechts in de berg Aeolis Mons te zien, en aan de linkerkant de kraterrand van de Gale krater.

Afbeelding 4: Een zelfportret van de Curiosity Rover, bestaande uit een mozaïek van foto’s genomen met een camera op een robotarm. In de voorgrond kun je zien waar de rover vier scheppen zand heeft genomen. Op de achtergrond rechts in de berg Aeolis Mons te zien, en aan de linkerkant de kraterrand van de Gale krater. http://www.nasa.gov/mission_pages/msl/index.html

Exoplaneten – een tweede Aarde?

De oude Grieken dachten al na over mogelijk buitenaards leven. Epicurus zei in circa 300 voor Christus: “Er is een oneindig aantal werelden, sommige lijken op deze, sommige zijn heel anders. We moeten aannemen dat er in alle werelden levende wezens en planeten zijn, en andere dingen die we in deze wereld zien.” In 1609 introduceert Galileo Galilei de telescoop in de astronomie. Hij observeert de manen van Jupiter en toont zo aan dat er andere werelden zijn buiten de onze. De Nederlander Christiaan Huygens (1629-1695) ontdekte onder andere Saturnus’ maan Titan. Hij was overtuigd van het bestaan van buitenaards leven en schrijft er gedetailleerd over in zijn boek Cosmotheoros (1698). In 1781 volgt de ontdekking van Uranus door William Herschell. Dit is de eerste ontdekking van een nieuwe planeet sinds de oudheid. Toch zou men nog tot het eind van de twintigste eeuw moeten wacht op de eerste ontdekking van een exoplaneet.

Niet alleen de planeten (en manen) in ons Zonnestelsel zouden leven kunnen herbergen, maar ook die rond andere sterren cirkelen. Lange tijd was het niet mogelijk zulke exoplaneten te detecteren. Het duurde tot 1992 voordat de eerste gevonden werd. De Astronomen Aleksander Wolszczan and Dale Frail vonden variaties in de pulsatiefrequentie van de pulsar PSR B1257+12 die veroorzaakt werden door twee planeten. Later is vastgesteld dat er in totaal vier planeten rond deze pulsar cirkelen. In de jaren ’90 en 2000 werden er steeds meer exoplaneten gevonden. Deze waren eigenlijk altijd hete Jupiters: reuzenplaneten die dicht om hun ster heen cirkelen. Dit kwam doordat de technieken die gebruikt werden om exoplaneten te vinden alleen grote planeten konden ontdekken.

Een doorbraak kwam met de Keplermissie. Kepler is een satelliet die speciaal ontworpen is om op zoek te gaan naar bewoonbare planeten. Het enige instrument aan boord is een fotometer, die continu de helderheid van dezelfde groep sterren in de gaten houdt. Als een planeet voor de ster langs beweegt wordt deze tijdelijk minder helder, en Kepler kan dit met grote nauwkeurigheid detecteren. Kepler heeft inmiddels meer dan 2000 kandidaat-planeten ontdekt. Verdere observaties met andere telescopen moeten dan nog aantonen dat het echt om exoplaneten gaat. Er zijn nu meer dan 100 exoplaneten op die manier bevestigd, waaronder een aantal van dezelfde grootte, of zelfs kleiner dan de Aarde, en een aantal op bewoonbare afstand van hun ster.

Afbeelding 5: Christiaan Huygens

Afbeelding 5: Christiaan Huygens http://en.wikipedia.org/wiki/Christiaan_Huygens

Afbeelding 6: De vijf kleinste planeten die door Kepler gevonden zijn, vergeleken met de Aarde en Mars.

Afbeelding 6: De vijf kleinste planeten die door Kepler gevonden zijn, vergeleken met de Aarde en Mars. http://kepler.nasa.gov/

Verder lezen:

Beerdiertjes in de ruimte; de website van het onderzoeksproject dat beerdiertjes de ruimte in zond. http://tardigradesinspace.blogspot.co.uk/

De Marspagina van NASA: http://www.nasa.gov/mars

PlanetQuest; exoplanetenpagina van NASA, inclusief maak je eigen planeet: http://planetquest.jpl.nasa.gov/

Advertenties

Astrobiologie

Wat is astrobiologie?

Bij de titel van dit artikel vraag je je misschien af wat astrobiologie nou is. Een kruising tussen astronomie en biologie? Bijna. Astrobiologie is de wetenschap die buitenaards leven bestudeert. Maar we kennen toch helemaal geen buitenaards leven? Dat is waar. Toch zijn er veel dingen te onderzoeken voor astrobiologen. Ze houden zich bijvoorbeeld bezig met de vragen: Wat moest er gebeuren dat er leven kon ontstaan in het universum? Hoe is het leven ontstaan en geëvolueerd op Aarde en hoe zou dat ergens anders zijn? Op welke andere plek kan leven ontstaan zijn, hoe zou het eruit zien en hoe kunnen we het vinden? Hier zullen we proberen een paar van deze vragen te beantwoorden.

Wat is leven?

Voordat we op zoek kunnen gaan naar buitenaards leven moeten we eerst bedenken wat leven eigenlijk is. Leven heeft een combinatie van eigenschappen die niet-levende dingen niet hebben. De belangrijkste van die eigenschappen zijn:

  • Groei: Alle levensvormen die we kennen nemen tijdens (een deel van) hun leven in grootte toe.
  • Voortplanting: Alle soorten dieren en planten en andere levensvormen maken nakomelingen.
  • Stofwisseling: Dit is een moeilijk woord wat eigenlijk betekent dat levensvormen bepaalde stoffen omzetten in andere. Zo kun je bijvoorbeeld een boterham met pindakaas omzetten in koolzuurgas wat je uitademt. Daarbij komt energie vrij waarmee je bijvoorbeeld kunt schaatsen.
  • Reactie op de omgeving: Als het regent en je gaat schuilen, reageer je op je omgeving, maar bijvoorbeeld ook een plant die zijn bladeren richting het zonlicht beweegt vertoont een reactie op zijn omgeving.

Ontstaan van leven

De Aarde is de enige planeet waarvan we weten dat er leven is. Gek genoeg weten we niet precies hoe dat leven ontstaan is. We denken dat het ongeveer als volgt ging: Een paar honderd miljoen jaar na het ontstaan van de Aarde waren de aardkorst en de oceanen gevormd. Diep in de oceaan bij een warmwaterbron ontstonden allerlei chemische stoffen, die reacties met elkaar ondergingen. Op een bepaald moment ontstond een stof die zichzelf kon voortplanten, dat wil zeggen, kopieën van zichzelf kon maken. Dit was de voorloper van het leven. Via een aantal tussenstappen vormde zich het eerste micro-organisme, een bacterie die er ongeveer zo uitzag als op plaatje 1. Al het leven op Aarde stamt af van die eerste levensvorm. Door evolutie zijn miljoenen soorten dieren, planten, schimmels en micro-organismen ontstaan.

Plaatje1

Plaatje 1: De oudste fossielen van bacteriën, 3,5 miljard jaar oud.

Een leefbare planeet

Om leven te kunnen laten ontstaan moet een omgeving, en dus ook een planeet, aan een aantal voorwaarden voldoen. Zo is er voor leven vloeibaar water nodig. Het moet dus niet zo heet zijn dat alle water verdampt (zoals bijvoorbeeld op Mercurius) of zo koud dat het allemaal bevroren is (zoals op Pluto). Ook is er een bron van energie nodig om stofwisseling te kunnen laten gebeuren. Op Aarde is de Zon de energiebron van (bijna) alle levensprocessen. Maar de energie kan bijvoorbeeld ook geleverd worden door vulkanisme. Verder is er voor leven een atmosfeer nodig. Een atmosfeer zorgt dat temperaturen niet te hoog of te laag worden, waardoor water vloeibaar kan blijven.

Plaatje 2: De bewoonbare zone (de afstand tot de ster waar water vloeibaar kan zijn) voor sterren van verschillende grootte. Bij de zon staan ook de 8 planeten en Pluto weergegeven.

Plaatje 2: De bewoonbare zone (de afstand tot de ster waar water vloeibaar kan zijn) voor sterren van verschillende grootte. Bij de zon staan ook de 8 planeten en Pluto weergegeven.

Een leefbaar heelal

Niet alleen de planeet, maar ook de ster waar ze om draait moeten bepaalde eigenschappen hebben om leven te kunnen laten ontstaan. Ten eerste moet de ster een enkelvoudige ster zijn (dus geen dubbelster). Een planeet in een stelsel met twee of meer sterren zal zo’n wisselende baan hebben dat het klimaat te wisselvallig is om leven te kunnen laten ontstaan. Ook moet de ster niet te zwaar zijn. Een grote, zware ster leeft veel korter dan de Zon (maar een paar miljoen jaar). Dat is veel te kort voor leven om te ontstaan (op Aarde duurde het een paar honderd miljoen jaar). Verder is ook de plaats in het sterrenstelsel belangrijk. De Zon bevindt zich ergens halverwege een arm van ons Melkwegstelsel (Plaatje 3). Dichtbij de kern van een sterrenstelsel is te veel straling en aan de buitenkant van het stelsel bevatten de gaswolken niet het juiste materiaal om aardse (steenachtige) planeten mee te maken.

Plaatje 3: Onze Melkweg met de positie van de Zon (Sun) aangegeven.

Plaatje 3: Onze Melkweg met de positie van de Zon (Sun) aangegeven.

Bewoonbare werelden in het Zonnestelsel

Nu we weten wat er nodig is om leven te kunnen laten ontstaan, kunnen we in ons Zonnestelsel gaan kijken waar we misschien leven zouden kunnen vinden.

Mars

Behalve onze Aarde is Mars de meest bestudeerde planeet in het Zonnestelsel. Er zijn al heel veel ruimtevaartuigen heen gestuurd. Een aantal daarvan hebben ook naar leven gezocht. Tot nu toe is er geen leven gevonden op Mars, maar er is wel veel water gevonden. Mars is nu een droge, koude woestijn, maar het lijkt erop dat Mars in het verleden veel meer vloeibaar water had (Plaatje 4). Dat water zit nu vooral als ijs in de grond. In het verleden waren de omstandigheden op Mars misschien geschikt voor het ontstaan van leven, en misschien bestaat het nu nog wel in de grond.

Plaatje 4: Soms stroomt er zelf nu nog wat water op Mars. Op de foto rechts is een afzetting te zien die door stromend water gemaakt is, en er een paar jaar eerder (links) nog niet was.

Plaatje 4: Soms stroomt er zelf nu nog wat water op Mars. Op de foto rechts is een afzetting te zien die door stromend water gemaakt is, en er een paar jaar eerder (links) nog niet was.

Europa

Een andere plaats in ons Zonnestelsel waar misschien leven is, is op Europa. Europa is een maan van Jupiter die aan de buitenkant helemaal bestaat uit ijs (Plaatje 5). Onder die ijslaag bevindt zich een oceaan van water. Door de zwaartekracht van Jupiter is er waarschijnlijk ook vulkanisme op Europa en zijn er warme bronnen in die oceaan. Ideale omstandigheden voor het ontstaan van leven! Helaas bestaan er nog geen ruimtevaartuigen waarmee we in die oceaan kunnen kijken. De NASA is wel bezig een soort onderzeeër te ontwikkelen die door het ijs heen zou kunnen en de oceaan zou kunnen onderzoeken.

Plaatje 5: Jupiters maan Europa met een detail van haar ijzige oppervlak.

Plaatje 5: Jupiters maan Europa met een detail van haar ijzige oppervlak.

Leven buiten het Zonnestelsel

Als leven buiten ons Zonnestelsel bestaat is het natuurlijk heel moeilijk te vinden. We kunnen er immers geen ruimtevaartuigen heen sturen. We weten wel dat er veel andere sterren met planeten zijn (exoplaneten). Als er intelligent leven op zo’n exoplaneet zou zijn zouden ze waarschijnlijk net als wij gebruik maken van radiogolven voor communicatie. Die radiogolven zouden we dan op kunnen vangen met radiotelescopen. SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence) zoekt op die manier naar buitenaards leven. Ze hebben tot nu toe nog niks gevonden, maar ze blijven zoeken. En jij kunt helpen. Als je computer thuis niks staat te doen kan hij in de SETI gegevens zoeken naar buitenaards leven. Wie weet vindt jouw computer straks E.T.!

Verder lezen:

Bronvermelding:

Exobiologie – De wetenschap van buitenaards leven

Exobiologie is de wetenschap die buitenaards leven bestudeert. Zoals je natuurlijk weet is er alleen nog nooit buitenaards leven ontdekt, dus wat valt er dan te onderzoeken? Een exobioloog probeert te bedenken als er buitenaards leven zou zijn, hoe dat er dan uit zou zien en waar we dat zouden kunnen vinden. Daarvoor is veel onderzoek nodig naar hoe het leven op Aarde eruit ziet, hoe het is ontstaan en wat de voorwaarden voor leven zijn.

Ontstaan van de aarde

Een gaswolk waarin sterren gevormd worden http://apod.nasa.gov/apod/image/0902/n604comp_chandra.jpg

Een gaswolk waarin sterren geboren worden http://apod.nasa.gov/apod/image/0902/n604comp_chandra.jpg

Het ontstaan van planeten uit een stofschijf http://lifeng.lamost.org/courses/astrotoday/CHAISSON/AT315/IMAGES/AAAKKSW0.GIF

Het ontstaan van planeten uit een stofschijf http://lifeng.lamost.org/

De Aarde is ontstaan tegelijkertijd met de rest van ons zonnestelsel. Hoe is ons zonnestelsel dan ontstaan? Een ster zoals de zon wordt geboren doordat een wolk gas in het heelal gaat samentrekken. Het gas wordt steeds dichter en heter en uiteindelijk wordt het een hete gasbol, een ster. Terwijl de ster ontstaat kan een schijf stof om de ster heen gevormd worden. Dit stof draait rond en klontert steeds verder samen tot het brokken steen worden die zo groot zijn dat het planeten worden. Zo is onze Aarde ook ontstaan. Toen de Aarde net ontstaan was, was het een hete bal gesmolten steen, waar nog veel brokstukken op terecht kwamen: het meteorietenbombardement. De maan is ook rond die tijd ontstaan doordat een heel groot brokstuk op de Aarde terecht kwam en ervoor zorgde dat een deel van de Aarde weer weggeslingerd werd en de maan werd. Continenten en oceanen ontstonden toen de Aarde verder afgekoeld was. Ook ontstond er een atmosfeer die grotendeels uit stikstof, koolstofdioxide, koolstofmonoxide en methaan bestond.

Leven

We noemen iets leven als het de volgende kenmerken heeft:

  • Stofwisseling. Stofwisseling betekent dat stoffen in het levende wezen in andere stoffen omgezet worden, zoals een mens bijvoorbeeld eten en zuurstof uit de lucht omzet in koolstofdioxide wat hij weer uitademt.
  • Groei & ontwikkeling. Groei betekent dat een wezen groter wordt gedurende zijn leven. Ontwikkeling betekent dat er ook andere dingen veranderen dan alleen groter worden. Een voorbeeld hiervan is een kikkervisje dat ik een kikker verandert.
Ontwikkeling van een kikkervisje tot een kikker

Ontwikkeling van een kikkervisje tot een kikker

  • Energieverbruik. Alle levende wezens hebben energie nodig om te kunnen bestaan. • Wij mensen halen dat uit ons voedsel, maar planten bijvoorbeeld uit zonlicht.
  • Individualiteit. Dit is een lastig uit te leggen begrip dat zoiets betekent als dat een levend wezen een individu is. Als dit kenmerk er niet bij zou staan zou vuur ook leven kunnen zijn!
  • Voortplanting. Levende wezen maken nieuwe levende wezens, zodat als ze doodgaan de soort niet uitsterft.
  • Mutatie. Door mutatie veranderen de eigenschappen van levende wezens, waardoor er na lange tijd nieuwe soorten kunnen ontstaan.

Voorwaarden voor leven

Naast de kenmerken voor leven zijn er ook een rijtje voorwaarden die aanwezig moeten zijn om leven te kunnen laten ontstaan. Deze zijn:

  • Koolwaterstoffen. Alle levende wezens zijn voor het grootste gedeelte uit deze chemische stoffen opgebouwd.
  • Water (atmosfeer). De meeste levende wezens bestaan voor het overgrote deel uit vloeibaar water. Voor het ontstaan van leven moet dus niet alleen water aanwezig zijn, het moet ook vloeibaar zijn. Om vloeibaar water te kunnen laten bestaan moet automatisch ook een atmosfeer aanwezig zijn die waterdamp bevat. Anders verdampt alle vloeibare water meteen.
  • Energie. Omdat alle levende wezens energie verbruiken moet er voor het ontstaan van leven energie aanwezig zijn. Die kan bijvoorbeeld uit zonnestraling komen, maar ook uit vulkanische activiteit.
  • Tijd. Leven ontstaat niet zomaar. We denken dat het op Aarde minstens een miljard (1.000.000.000) jaar heeft geduurd voordat het leven ontstond. Onze zon leeft ongeveer 10 miljard jaar dus op Aarde was tijd genoeg, maar sommige sterren worden maar een paar miljoen (1.000.000) jaar oud en dan zal er dus te weinig tijd zijn om leven te laten ontstaan.
  • Niet te veel straling. Schadelijke straling zoals UV-, Röntgen- en gammastraling zorgt voor beschadiging en vernietiging van leven. Er moet dus bescherming zijn van straling van de ster waar de planeet om draait en van straling uit het heelal. Op Aarde worden wij door de atmosfeer tegen deze straling beschermd.

Ontstaan van leven

Er zijn twee theorieën voor het ontstaan van leven. Een theorie, panspermia, zegt dat het leven van een andere plek in het heelal gekomen is, bijvoorbeeld met een komeet die is ingeslagen op de Aarde. De andere theorie, generatio spontanea, zegt dat het leven op Aarde zelf ontstaan is. Als het leven op Aarde ontstaan is zullen zich in de warme oer-oceanen zichzelf vermenigvuldigende stoffen zijn ontstaan en uiteindelijk primitieve cellen. Niemand weet precies hoe dat is gegaan. Een Amerikaanse onderzoeker, Miller, heeft ooit geprobeerd leven te laten ontstaan in het laboratorium door een oer-oceaan en een oer-atmosfeer na te maken en daaraan warmte en vonken (in plaats van bliksem) toe te voegen. Leven ontstond er niet in zijn laboratorium, maar wel allerlei stoffen die van belang zijn voor het ontstaan van leven, zoals koolwaterstoffen.

Het eerste leven wat ontstond leefde waarschijnlijk van zonlicht en koolstofdioxide en produceerde zuurstof, net zoals planten nu doen. Dit eerste leven waren blauwe bacterieën die aan de randen van de oceanen een soort paddestoelen maakten waarop de laagje voor laagje aan de buitenkant leefden. Deze paddestoelen heten stromatolieten en bestaan op sommige plaatsen nog steeds.

Een van de eerste levensvormen: Stromatolieten http://en.wikipedia.org/wiki/Stromatolite

Een van de eerste levensvormen: Stromatolieten http://en.wikipedia.org/wiki/Stromatolite

Gestreepte ijzerhou- dende rotsen http://www.australianminesatlas.gov.au/education/down_under/iron/formed.html

Gestreepte ijzerhoudende rotsen http://www.australianminesatlas.gov.au/

De zuurstof die geproduceerd werd door deze blauwe bacterien werd een miljard jaar lang opgeslagen in ijzerhoudende rotsen. Toen al die rotsen verzadigd waren kwam de zuurstof in de atmosfeer. Zuurstof was giftig voor de eerste levensvormen, maar al snel ontstonden andere levensvormen die die zuurstof juist goed konden gebruiken.

http://www.phschool.com/science/biology_place/biocoach/cells/common.html

Een schematische weergave van een prokaryote en een eukaryote cel. http://www.phschool.com/

De primitieve bacteriesoorten, prokaryoten, die bestonden ging vervolgens samenwerken, waarbij de ene soort in de andere ging leven. Er ontstaan zo grotere cellen met daarin aparte onderdelen: eukaryoten. Tot nu toe bestonden alleen eencellige levensvormen, maar de eukaryote cellen gingen ook met elkaar samenwerken en de eerste meercellige wezens. Deze wezens zagen er nog helemaal niet zo uit als de dieren en planten die wij nu kennen.

http://www.ucmp.berkeley.edu/vendian/dickinsonia.html

Dickinsonia – een van de allereerste dieren http://www.ucmp.berkeley.edu/vendian/dickinsonia.html

Buitenaards leven

Buitenaards leven kan gezocht worden op verschillen- de plekken in het heelal. Het zou in ons zonnestelsel kunnen zijn, bijvoorbeeld op de planeet Mars, op Titan, een maan van Saturnus of op Europa, een maan van Jupiter. Ook buiten ons zonnestelsel, rond andere sterren, kunnen planeten draaien waarop leven te vinden zou kunnen zijn. Mars wordt ergens anders besproken dus bespreken we hier Titan en Europa.

 

 

 

 

 

 

 

Titan is de grootste maan van Saturnus en heeft een atmosfeer. Het is er veel kouder dan op Aarde (-178 graden). In 2005 is de ruimtesonde Huygens afgedaald naar het oppervlak van Titan en die heeft structuren ontdekt die veel lijken op continenten en oceanen op Aarde. Ook waren er rivieren en duinen te zien. Vloeibaar water kan niet bestaan op Titan, want het is veel te koud. De rivieren en oceanen zouden gevuld kunnen zijn met vloeibaar methaan. Leven is er tot nu toe niet gevonden.

http://images1.wikia.nocookie.net/__cb20090120022121/avp/images/f/fc/Saturn_titan2_1024.jpg

Een voorstelling van hoe een landschap op Titan eruit zou kunnen zien. http://images1.wikia.nocookie.net/__cb20090120022121/avp/images/f/fc/Saturn_titan2_1024.jpg

Europa is een van de vier grootste manen van Jupiter. Het oppervlak is bedekt met ijs, maar er zijn aanwijzingen dat onder dat ijs een oceaan van water is, waarin leven zou kunnen bestaan.

Heel lang dachten mensen wel dat er bij andere sterren ook planeten zouden zijn, maar die waren nooit gevonden. In 1995 werd de eerste exoplaneet ontdekt. De meeste exoplaneten zijn veel groter dan de Aarde en staan veel dichter bij de zon. Pas geleden is er ook een gevonden die meer op de Aarde lijkt, die is maar 7 keer zo groot als de Aarde. Stofschijven waaruit planeten ontstaan worden ook al vaak waargenomen.

http://thethoughtstash.wordpress.com/2012/05/03/space-scenery-europa/

IJsschotsen op het bevroren oppervlak van Europa. http://thethoughtstash.wordpress.com/

http://www.slate.com/articles/health_and_science/bad_astronomy/2012/11/exoplanet_pictures_astronomers_have_photos_of_alien_planets.html

De eerste direct gefotografeerde exoplaneet. http://www.slate.com/

http://www.britannica.com/EBchecked/media/144965/Images-taken-with-the-Hubble-Space-Telescope-of-four-protoplanetary

Stofschijven rond sterren die planeten in wording kunnen bevatten. http://www.britannica.com/

Evolutie

Als je kijkt naar ons zonnestelsel, zie je dat de planeten heel verschillende eigenschappen hebben. Mars bijvoorbeeld heeft maar een hele dunne atmosfeer, en Jupiter bestaat voor het grootste gedeelte uit gas. Toch is de meest bijzondere planeet van het zonnestelsel wel de Aarde, want de Aarde is tot nu toe de enig bekende plek waar leven is. In de vorige Universum heb je iets kunnen lezen over de oorsprong van het leven. Je hebt toen ook al gezien dat uit eenvoudige organismen, die bijvoorbeeld maar uit een cel bestaan, ingewikkeldere organismen zijn ontstaan. Het proces van verandering waarbij soorten veranderen en er soms op de manier nieuwe soorten ontstaan heet evolutie. In dit artikel gaan we eens kijken hoe de evolutietheorie tot stand is gekomen en hoe evolutie werkt.

Voor Darwin

Aan het begin van de 19de eeuw dachten de meeste mensen dat alle organismen waren ontstaan door de schepping door God. Men dacht dat de soorten in een keer waren ontstaan en dat ze niet veranderden. Toch besefte men steeds meer dat de Bijbel niet helemaal juist kon zijn. Al aan het eind van de 18de eeuw geloofde men dat fossielen de overblijfselen waren van organismen die ooit geleefd hadden en nu uitgestorven waren. In 1809 publiceerde de Fransman Lamarck een theorie over evolutie. Hij dacht niet dat uit een soort meerdere soorten kunnen ontstaan, maar wel dat soorten langzamerhand kunnen veranderen in nieuwe soorten. Hierbij zouden dan de kenmerken die een individu tijdens zijn leven opdoet doorgegeven worden aan zijn nakomelingen. Het zou bijvoorbeeld zo kunnen zijn dat de voorouders van de giraffe tijdens hun leven hun nek telkens een stukje verder uitrekten, en dat weer doorgaven aan hun nakomelingen, die weer een iets langere nek kregen, enzovoort. Lamarcks iedeeen bleken niet juist te zijn. Denk maar bijvoorbeeld aan iemand die door een ongeluk een been moet missen, die krijgt toch ook geen kinderen met een korter been?

Darwin

Charles Darwin

Charles Darwin

Charles Darwin was een Engelse natuuronderzoeker. Hij had theologie gestudeerd, maar was veel meer geïnteresseerd in dieren, planten en fossielen. In 1831 kreeg hij de kans met een expeditie rond de wereld mee te gaan op het schip de “Beagle”. Vijf jaar was het schip onderweg. Darwin verzamelde heel veel planten en dieren en deed observaties aan de natuur. Op de Galápagos eilanden bijvoorbeeld, ontdekte hij dat er dertien verschillende soorten vinken voorkomen. Elke soort heeft een snavel die speciaal geschikt is voor een soort voedsel. Vogels met grote sterke snavel kunnen bijvoorbeeld goed harde zaden eten en vogels met een kleine dunne snavel kunnen goed insecten vangen in spleten. Deze vinken zijn later Darwinvinken genoemd.

Darwins evolutietheorie

In 1859 kwam Darwins boek “Over het ontstaan van soorten” uit. In dit boek legt hij zijn evolutietheorie uit, die tegenwoordig nog steeds de meest logische verklaring is voor het ontstaan van soorten. Darwins theorie bestaat uit drie delen:

  • Te veel nakomelingen: Organismen van een soort hebben nakomelingen die op hen lijken en niet op die van een andere soort. Leeuwen krijgen leeuwenjongen en kikkers krijgen kikkerjongen. Niet alle nakomelingen kunnen in leven blijven, Darwin rekende uit dat een olifantenpaar (een van de zich het langzaamst voortplantende dieren) na 750 jaar 19 miljoen nakomelingen zou kunnen hebben, als ze allemaal zouden overleven.
  • Variatie: Niet alle nakomelingen zijn hetzelfde, ook al behoren ze tot een soort. Ze verschillen in grootte, kleur en vorm. In elke generatie komen nieuwe variaties voor.
  • Natuurlijke selectie: Tussen individuen van een soort is altijd wedijver om bijvoorbeeld voedsel, leefruimte of partners. Het individu dat het best aangepast is aan de omstandigheden waaronder het leeft zal het best kunnen overleven en de meeste nakomelingen krijgen. Deze meest geschikte kenmerken worden doorgegeven aan de volgende generatie. Na verloop van vele generaties zullen de kenmerken die voordelig zijn voor het overleven algemeen worden in de soort. De soort verandert.

Weer even terug naar de Darwinvinken: Een vink die harde zaden eet heeft baat bij een grote sterke snavel. De individuen met een sterke snavel zullen dus beter kunnen overleven en meer nakomelingen krijgen. Die nakomelingen hebben ook weer een grote snavel, enzovoort. Als dit proces van evolutie maar lang genoeg doorgaat, kunnen er nieuwe soorten ontstaan. Uit een soort kunnen ook twee verschillende soorten ontstaan als verschillende groepen binnen de soort een andere kant op evolueren. Denk maar weer aan de Darwinvinken. Ze zijn allemaal uit een soort ontstaan, maar de ene groep heeft zich gespecialiseerd in het eten van zaden, de andere in insecten.

Leven op andere planeten

Nu weten we dat op de Aarde leven is, hoe het leven waarschijnlijk is ontstaan, en hoe het zich ontwikkelt. Als er nou ergens anders in het heelal ook leven is, zou daar dan ook evolutie door natuurlijke selectie zijn? En hoe zouden organismen er dan uit zien onder de omstandigheden op die planeet. Zouden de organismen op een planeet met veel zwaartekracht misschien zo plat als een dubbeltje zijn?

Het mogelijk leven in de oceaan onder het oppervlak van Jupiters maan Europa

Het mogelijk leven in de oceaan onder het oppervlak van Jupiters maan Europa http://www.marshalls-art.com/

Literatuur

Darwin, C., 1859. Over het ontstaan van soorten door middel van natuurlijke selectie, of het behoud van bevoordeelde rassen in de strijd om het leven. ISBN 90 5712 096 8

Parker, S., 1993. Charles Darwin en de Evolutie. ISBN 90 303 1803 1

Skelton, P., 1993. Evolution; A Biological and Paleolontological Approach. ISBN 0 201 54423 7

De oorsprong van het leven

Je hebt je vast wel eens afgevraagd waar we allemaal vandaan komen. Mensen zeggen wel eens dat we van apen afstammen, of uiteindelijk van eenvoudigere dieren, maar waar komen die dan weer vandaan? Waar komt het leven zelf vandaan? Als je je iets wilt kunnen voorstellen bij buitenaards leven zijn deze vragen natuurlijk ook heel belangrijk. Wat is leven? En wat is er voor nodig? Hoe is het ontstaan? Niemand weet zeker hoe het leven is ontstaan, maar de meeste wetenschappers denken dat het zo ging:

Het ontstaan van de Aarde

De aarde van binnen. De twee binnenste lagen helemaal binnen in zijn de kern, de drie dikke lagen daarbuiten zijn de mantel, en helemaal aan de buitenkant, je kan 'm eigenlijk niet zien, zo dun is ie, is de aardkorst.

De aarde van binnen. De twee binnenste lagen helemaal binnen in zijn de kern, de drie dikke lagen daarbuiten zijn de mantel, en helemaal aan de buitenkant, je kan ‘m eigenlijk niet zien, zo dun is ie, is de aardkorst.

Je weet vast wel dat de Aarde, samen met de rest van het zonnestelsel, zo’n 4,7 miljard jaar geleden is ontstaan. Waarschijnlijk gebeurde dit doordat een grote schijf materiaal, die om de jonge zon heendraaide, begon samen te klonteren. Deze “klonten” werden uiteindelijk planeten. Aan het begin was de Aarde nog een grote bol van vloeibaar gesteente, niet echt een gastvrije plaats voor enige vorm van leven. Na ongeveer 200.000 jaar was de aarde een stuk afgekoeld en waren er lagen binnen in de aarde ontstaan, zoals die nu nog steeds bestaan. Helemaal binnen in zit de kern. Deze bestaat vooral uit ijzer en is wel 4000oC heet. Daarbuiten zit de mantel, die bestaat uit gesmolten gesteente. Helemaal aan de buitenkant is de aardkorst. In verhouding met de rest van de aarde is dit maar een heel dun laagje van vast gesteente. De aardkorst is waar wij nu met z’n allen op leven.

Oersoep

Omdat de aarde genoeg was afgekoeld werd waterdamp vloeibaar water, en dat water regende op de jonge aarde tot er grote ondiepe oceanen gevormd werden. Deze oceanen waren nog veel groter en warmer dan de zeeën en oceanen nu. De oceanen waren eigenlijk een soort soep van allerlei verschillende soorten stoffen. Een aantal van de stoffen die toen in die oersoep zaten, zijn heel belangrijk voor levende wezens. Ze zijn bijvoorbeeld nodig om cellen te maken. Cellen zijn microscopisch kleine “hokjes” waaruit ieder levend wezen bestaat, van een bacterie tot jijzelf! De eerste levende organismen die ontstonden bestonden maar uit een cel. Zulke eencelligen ontstonden 3,3 miljard jaar geleden en bestaan nu nog. Nu zijn we gelijk bij met moeilijkste deel aanbeland, want niemand weet precies hoe de stoffen uit de oersoep samenkwamen en cellen vormden. Met experimenten die de oersoep nabootsen in een laboratorium kunnen wel stukjes van een cel gemaakt worden, maar er is nog nooit een cel ontstaan. Er is dus nog nooit leven ontstaan in een laboratorium.

Het eerste leven

Op de een of andere manier ontstonden er toch onderdelen van cellen en die kwamen bij elkaar en er werd voor het eerste een levend organisme gevormd. Dit organisme was een bacterie, die heel goed tegen de warmte kon in de warme oceaan. Er ontstonden verschillende soorten van deze bacterieën en na een tijd gingen verschillende bacterieën samenwerken. 1,1 miljard jaar geleden gingen ze zelfs zo samenwerken dat de ene cel in de andere ging zitten. Er onstond zo een nieuw soort organisme met een moeilijke naam: eukaryoten. Deze stap was heel belangrijk, want bijna alle organismen die je kent, alle planten en alle dieren bijvoorbeeld, bestaan uit eukaryote cellen.

Samenwerken

Nadat cellen in elkaar waren gekropen voor samenwerking, ging de samenwerking nog verder. Tot nu toe bestond een organisme altijd uit 1 cel. Korte tijd nadat de eukaryoten waren ontstaan gingen deze cellen weer samenwerken. Een cel ging bijvoorbeeld zorgen voor de voortbeweging, terwijl een ander voor voedselvertering ging zorgen. Organismen konden nu dus ook uit meerdere cellen bestaan, de zogenaamde meercellige organismen. Alle organismen die je kunt zien zonder een microscoop te gebruiken zijn meercellig.

Het land op

Yorgia, een van de oudste fossielen van een dier. Niemand weet precies wat voor soort dier dit precies was.

Yorgia, een van de oudste fossielen van een dier. Niemand weet precies wat voor soort dier dit precies was.

Alle leven waarover we het tot nu toe hebben gehad leefde nog steeds in de oceaan. De ontwikkeling van het leven in de oceaan ging nu heel snel. 650 miljoen jaar geleden verschijnen de eerste dieren waarvan ook fossielen bewaard zijn gebleven. De eerste planten waren er zelfs al veel eerder. Alle stappen in de ontwikkeling van het leven samen, noem je evolutie. De volgende belangrijke stap in de evolutie, was dat planten en dieren uit de oceaan kwamen en ook op het land gingen groeien. Dit gebeurde zo’n 430 miljoen jaar geleden. Daarna kwamen de dinosauriërs en uiteindelijk ook de mens. Over evolutie vertel ik een andere keer verder.

Buitenaards leven

We hebben nu dus gezien wat op Aarde nodig was voor het ontstaan van leven. Voeibaar water, met daarin een aantal stoffen zijn het belangrijkst. Zou er dan ook leven op andere planeten kunnen ontstaan? Ik denk van wel. Op Mars was bijvoorbeeld lang geleden water aanwezig, misschien is er toen wel leven geweest. Nu is het natuurlijk veel te droog en te koud op Mars. En op Europa, een maantje van Jupiter, is waarschijnlijk een enorme oceaan van water aanwezig onder een dik pak ijs. Zou er leven kunnen zijn in die oceaan?