Geboren als een mens - CN

Een verhaal vertellen aan een kind is om het in slaap te krijgen,

Een verhaal vertellen aan een volwassene is om hem wakker te schudden.

I. Koolstofgebaseerd leven

Om de aarde te begrijpen, moeten we beginnen met koolstofgebaseerd leven.

Koolstofgebaseerd leven (Carbon-based life) verwijst naar levensvormen die zijn opgebouwd uit het element koolstof. Niet alleen mensen, maar alle levensvormen op aarde zijn koolstofgebaseerd. De evolutie van alle levensvormen is gebaseerd op één gemeenschappelijk element: koolstof.

Figuur 5.1: Chemisch Periodiek Systeem der Elementen

Terugkijkend op het periodiek systeem achterin het scheikundeboek van de middelbare school (zie Figuur 5.1), waarom is het leven dan geëvolueerd op basis van koolstof, terwijl er zoveel elementen op aarde zijn?

We weten dat de kern van een chemische reactie "evenwicht" is, en het vormingsproces van verbindingen is het "uitbalanceren" van de chemische reactie. De donkergroene kolom aan de rechterkant van het periodiek systeem wordt inerte gassen genoemd. Inerte gassen zijn "inert" omdat ze stabiel zijn, niet reageren met andere elementen en altijd in atomaire vorm voorkomen. De buitenste elektronenlaag van inerte gasatomen is volledig gevuld met elektronen; ze zullen geen valentie-elektronen afgeven en ook geen valentie-elektronen van andere atomen opnemen, waardoor een ultrastabiele structuur ontstaat.

Andere elementen in het periodiek systeem verschillen sterk van inerte gassen. Neem bijvoorbeeld het zuurstofatoom. Een zuurstofatoom heeft slechts 6 elektronen in zijn buitenste elektronenlaag en mist nog 2 elektronen om een stabiele structuur te vormen. Daarom, zodra een zuurstofatoom een waterstofatoom tegenkomt, zullen ze zich verbinden. Voor het zuurstofatoom vormt de toevoeging van twee waterstofelektronen een stabiele structuur met 8 elektronen in de buitenste schil, en de twee waterstofatomen hebben elk een elektron van het zuurstofatoom gekregen (wanneer er slechts één elektronenlaag is, vormen twee elektronen een stabiele structuur), dus waterstof is ook stabiel geworden. (Figuur 5.2)

Figuur 5.2: Elektronendiagram van waterstof (H) en zuurstof (O) atomen in een water (H₂O) molecuul

Kijk vervolgens naar kolom 14 van het periodiek systeem (de kolom waar koolstof zich bevindt); de elementen in deze kolom hebben één gemeenschappelijk kenmerk: de buitenste elektronschil heeft slechts 4 elektronen. Een koolstof (C) atoom heeft in totaal 6 elektronen, 2 in de binnenste laag en 4 in de buitenste laag. Daarom kan het maximaal 4 covalente bindingen vormen.

Hoewel het koolstofatoom slechts een bescheiden "plaatsje" inneemt in het periodiek systeem, is het de meest krachtige "kameleon" van het hele periodiek systeem. Het kan zelf zeer complexe structuren vormen; er zijn vele veelvoorkomende allotropen van koolstof, zoals diamant, grafiet, grafeen, fullerene C60 en koolstofnanobuisjes. Dit zijn allemaal allotropen van koolstof, met verschillende structuren en sterk uiteenlopende fysische eigenschappen. Grafiet is erg zacht, terwijl diamant het hardste mineraal in de natuur is, om nog maar te zwijgen van het ultraperformante grafeen.

De unieke eigenschappen van het koolstofatoom zijn een cruciale factor voor zijn rol als basis van het leven. Koolstofatomen kunnen vier covalente bindingen vormen met andere atomen, waardoor diverse stabiele organische moleculen ontstaan. Ze kunnen ook, samen met andere elementen, miljoenen koolstofgebaseerde structuren vormen, zoals keten-, ring- en vertakte structuren, en deelnemen aan talrijke chemische reacties om complexe organische verbindingen te vormen. Deze organische verbindingen vormen de basis van het leven en spelen een cruciale rol in levende organismen, zoals eiwitten, nucleïnezuren, purinen, pyrimidinen en koolhydraten. Organische moleculen kunnen op hun beurt met elkaar verbonden worden om grotere moleculen te vormen, zoals polypeptiden, polysachariden en nucleotiden. Macromoleculen vouwen en rangschikken zich vervolgens op specifieke manieren om biologische macromoleculen met specifieke functies of verschillende vormen van polymeerketens te vormen, zoals enzymen, antilichamen en DNA. Deze biologische macromoleculen kunnen op hun beurt op specifieke manieren met elkaar interageren om biologische eenheden met specifieke structuren te vormen, zoals celmembranen, celkernen en mitochondriën, waardoor de diversiteit en complexiteit van het leven worden ondersteund.

Over DNA gesproken, het is de Engelse afkorting voor Deoxyribonucleic Acid. In 1953 ontdekten James D. Watson en Francis Crick van de Universiteit van Cambridge in het Verenigd Koninkrijk de dubbele helixstructuur van DNA, een van de grootste ontdekkingen in de menselijke geschiedenis. Ze vonden niet alleen de code van de erfelijke genen, maar gaven de mensheid ook inzicht in de essentie van het leven: het doel van erfelijkheid is het overdragen van informatie. DNA is opgebouwd uit nucleotiden, waarvan het belangrijkste bestanddeel vijfkoolstofsuiker (Five-carbon sugar) wordt genoemd, wat, zoals de naam al aangeeft, bestaat uit 5 koolstofatomen die via covalente bindingen zijn verbonden en een ringstructuur vormen, waarin het koolstofelement de bepalende rol speelt. Juist omdat menselijk DNA een grote hoeveelheid informatie draagt, zijn wij de meest geavanceerde koolstofgebaseerde levensvorm op aarde.

Op het periodiek systeem (Figuur 5.1, kolom 14) kunnen niet alleen koolstofatomen vierwaardige bindingen vormen, maar ook verschillende andere atomen. Kan het siliciumatoom, dat onder het koolstofatoom staat, siliciumgebaseerd leven vormen?

Figuur 5.3: Elektronschillen van koolstof (C) en silicium (Si)

Silicium en koolstofatomen hebben beide 4 elektronen in hun buitenste schil en kunnen ook 4 covalente bindingen vormen, wat aangeeft dat deze twee elementen vergelijkbare chemische eigenschappen hebben. Waar zit het verschil? Vanuit het oogpunt van de elektronenconfiguratie (Figuur 5.3): koolstof (C) heeft slechts 6 elektronen, terwijl silicium (Si) 14 elektronen heeft; koolstof heeft slechts 2 elektronschillen, terwijl silicium er 3 heeft, wat betekent dat de buitenste elektronen van silicium verder van de atoomkern verwijderd zijn, en de covalente bindingen die door de buitenste elektronen van silicium worden gevormd, zijn veel zwakker dan die van koolstof. Vergeleken hiermee is de stabiliteit van koolstofgebaseerde moleculen veel sterker dan die van siliciumgebaseerde moleculen.

Een andere uiterst belangrijke reden waarom koolstofgebaseerde moleculen leven kunnen vormen, is de alomtegenwoordige aanwezigheid van water (H₂O) op aarde. Omdat koolstofgebaseerde moleculen in water kunnen oplossen, kunnen chemische stoffen in levende organismen in water worden getransporteerd, gemetaboliseerd en reageren. Bijvoorbeeld, het watergehalte in het lichaam van een volwassene is ongeveer 60% tot 65% van het lichaamsgewicht; water is het belangrijkste bestanddeel van verschillende lichaamsvloeistoffen, zoals bloed, lymfe en celvloeistof. Water kan voedingsstoffen zoals glucose, aminozuren en zuurstof naar alle delen van het lichaam transporteren, waardoor cellen energie en voeding krijgen. Daarom wordt algemeen aangenomen door wetenschappers dat leven niet zonder water kan.

Waarom kan leven niet zonder water?

De hypothese van de prokaryotische oorsprong van het leven (RNA World Hypothesis) stelt dat de oorsprong van het leven op aarde ongeveer 4,5 tot 3,8 miljard jaar geleden te herleiden is. De primitieve aarde was een planeet die door water werd omhuld, en vroege levensvormen ontstonden in het water. Dit betekent dat gedurende een aanzienlijk lange periode water het meest voorkomende element op het aardoppervlak was.

Heeft water het leven voortgebracht, of heeft het leven zich aan water aangepast vanwege de omgeving?

Wetenschappers kunnen het nog niet verklaren. Echter, vanuit het perspectief van de geschiedenis van het leven, heeft water een stabiele chemische omgeving geboden voor koolstofgebaseerd leven, en heeft het leven zich dankzij water kunnen voortplanten. Watermoleculen spelen een verscheidenheid aan rollen, waaronder katalyse, oplossen, transport en verdunning. Omdat water overal op aarde beschikbaar is, was het leven niet voorbereid op overleving zonder water, en heeft het tijdens de evolutie geen functie ontwikkeld om zelf water te synthetiseren. Daarom moeten mensen en alle organismen op aarde vandaag de dag overleven door water te drinken of aan te vullen. Tot nu toe hebben wetenschappers geen koolstofgebaseerde levensvormen ontdekt die geen water nodig hebben. Hoewel er enkele micro-organismen zijn die onder extreem droge omstandigheden lange tijd kunnen overleven, hebben deze micro-organismen nog steeds water nodig om in leven te blijven.

Het grootste verschil tussen silicium- en koolstofgebaseerde verbindingen is dat siliciumgebaseerde verbindingen een lagere chemische reactiviteit met water hebben en onder normale omstandigheden niet met water reageren. Hoewel siliciumatomen ook vier covalente bindingen kunnen vormen, kan silicium geen goed gebruik maken van water, waardoor siliciumgebaseerd leven niet van nature kan ontstaan.

Over het geheel genomen is er in de totstandkoming en evolutie van het leven ongetwijfeld een noodzakelijkheid aanwezig in het toeval; uiteindelijk wordt het bepaald door de omgeving van die tijd. De totstandkoming en ontwikkeling van koolstofgebaseerd leven zijn onlosmakelijk verbonden met de aardse omgeving, en zijn uiteindelijk de enige keuze geworden voor het leven op aarde.

Stelt u zich eens voor, zouden mensen in staat zijn om siliciumgebaseerd leven te creëren, of leven dat voor de helft uit silicium en voor de helft uit koolstof bestaat?

Dit lijkt niet helemaal onmogelijk.

In 1813 beschreef de Franse bioloog Jean-Baptiste Lamarck in zijn monumentale biologische werk "Flore françoise" een klein organisme genaamd diatomeeën. De cellen van deze organismen waren omgeven door een celwand van siliciumdioxide (SiO₂), hetzelfde hoofdbestanddeel als kwarts, zand en glas. Diatomeeën leven dus in glazen huisjes die ze zelf creëren, wat werkelijk wonderbaarlijk is! Eén verklaring hiervoor is dat wanneer gesteenten en grond worden verweerd en geërodeerd, siliciumdioxide in het water terechtkomt en wordt opgelost tot kiezelzuur. Diatomeeën hebben een "siliciumtransporteiwit" dat kiezelzuur uit het water kan opvangen en transporteren naar een weefsel genaamd "depositional vesicle", waar het opnieuw wordt omgezet in siliciumdioxide. Naarmate er steeds meer siliciumdioxide wordt afgezet, ontstaat er een groot "siliciumwand". Hoe de chemische reactie precies plaatsvindt om de celwand aan silicium te binden, is nog onduidelijk voor wetenschappers. Echter, hoewel diatomeeën op wonderbaarlijke wijze een glazen "jas" hebben aangetrokken, blijven ze koolstofgebaseerde levensvormen op aarde.

In 2016 hercodeerde professor Frances Arnold van Caltech, Nobelprijswinnaar scheikunde, DNA van een deel van de eiwitten van bacteriën die in IJslandse warmwaterbronnen waren verzameld. Dit leidde tot DNA-mutaties, en het bleek dat de gemuteerde enzymen de mogelijkheid hadden om organische siliciumverbindingen te synthetiseren, waarbij covalente bindingen tussen silicium- en koolstofelementen werden gevormd: silicium-koolstofbindingen. Dit was de eerste keer dat de mensheid een organisme spontaan silicium-koolstofbindingen liet vormen.

Een diepgaandere en interessantere vraag is: Bestaat er echt alleen koolstofgebaseerd leven op aarde?

In hun onderzoek naar buitenaards leven hebben wetenschappers al lang de mogelijkheid van verschillende levensvormen geopperd. Naast onszelf en de koolstofgebaseerde levensvormen om ons heen, zouden er ook siliciumgebaseerde levensvormen kunnen bestaan, of levensvormen die in de vorm van energie (zoals elektromagnetische golven) bestaan.

Het meest opvallende kenmerk van siliciumgebaseerd leven is dat het DNA is opgebouwd uit siliciumelementen, wat siliciumgebaseerd leven een grotere chemische stabiliteit en stralingsbestendigheid geeft. Het kan overleven in extreme omgevingen, en kan min of meer worden voorgesteld als de "Zandman" in de film "Spider-Man". Met de snelle ontwikkeling van kunstmatige intelligentie, als robots emoties en subjectief bewustzijn krijgen, zullen ze zich ontwikkelen tot mogelijke siliciumgebaseerde levensvormen. Of als er echt siliciumgebaseerd leven bestaat, zou deze nieuwe soort waarschijnlijk veel langer leven dan mensen en verrassend weinig energie verbruiken.

Er is ook een theorie die stelt dat er niet alleen koolstofgebaseerde levensvormen op aarde bestaan, maar dat wij samen met andere levensvormen op aarde leven, alleen kunnen gewone mensen ze niet waarnemen of ervaren. In 1988 citeerde de internationaal bekende UFO-expert, voorzitter van de Taiwanese UFO-onderzoeksvereniging en nucleaire fysicus de heer Lü Yingzhong in zijn boek "The Shadow of the Starry Sky - Traces of Aliens Visiting Earth" tal van "raadselachtige gevallen" van buitenaardse bezoeken aan de aarde uit oude Chinese en buitenlandse geschriften en moderne menselijke archeologische geschiedenis. Hij stelde de hypothese voor dat de wortels van de beschaving buiten de aarde liggen, en daagde daarmee de traditionele evolutietheorie en de geschiedenis van de menselijke beschaving uit. Volgens een rapport van de Britse "Daily Mail" uit 2008 verklaarde de zesde Amerikaanse astronaut die op de maan heeft gelopen, Edgar Mitchell, dat buitenaardse wezens al vele malen contact hebben gehad met de mensheid, maar dat de waarheid 60 jaar lang door XX is verborgen gehouden.

"Discovery Channel" heeft ooit verschillende programma's gemaakt waarin de mogelijke samenwerking tussen mensen en hogere beschavingen langs de 37e breedtegraad in de Verenigde Staten werd onderzocht. Daarna publiceerde Ben Mezrich "The 37th Parallel: The Secret Truth Behind America’s UFO Highway". De Russische "Marsjongen" Boriska beschreef eens in een interview het ruimtevaartuig waarmee hij van Mars naar de aarde vloog: "Het ruimtevaartuig vloog bijna ogenblikkelijk van Mars naar de aarde... Ons ruimtevaartuig bestaat uit 6 lagen, de buitenste laag beslaat 25% en is gemaakt van stevig metaal; de tweede laag beslaat 30% en is gemaakt van een rubberachtig materiaal; de derde laag beslaat 30% en is ook van metaal... De laatste laag is slechts 4% en is gemaakt van speciaal magnetisch materiaal. Als we deze magnetische laag van energie voorzien, kan het ruimtevaartuig overal in het universum vliegen... Volgens de moderne wetenschappelijke fysicadefinitie van de aarde, hoe groter de dichtheid, hoe groter de ruimte-tijd zou moeten zijn, en de dichtheid van kleine deeltjesruimte moet groter zijn dan de dichtheid van gewone moleculen, dat is een veel ruimere ruimte. Het is niet belangrijk of UFO's anti-zwaartekracht of anti-gravitatie kunnen uitoefenen; door gebruik te maken van velden die de ruimtelijke dimensies en de tijd relatief snel doorbreken, kunnen UFO's erdoorheen reizen..."

Stan Romanek (VS) schreef "Ik ben 11 keer ontvoerd door buitenaardse wezens!". Hij filmde duidelijke UFO-foto's en buitenaardse wezens met een videocamera en vertelde over zijn 11 spannende ontmoetingen van 2001 tot 2008, waaronder een nachtelijke genezing, paren met een onbekende vrouw en het onderwijzen van geheime formules voor interstellair reizen. In 2022 publiceerde een Amerikaanse vereniging een "Jaarboek van Buitenaardse Wezens", waarin 82 buitenaardse rassen gedetailleerd werden beschreven, inclusief hun oorsprong, fysieke kenmerken en huidige verblijfplaats.

Natuurlijk zijn deze bovennatuurlijke gebeurtenissen, ontdekt door gewone mensen, misschien "mysterieuze complotten", of misschien slechts "het topje van de ijsberg". Wat we gemakkelijk kunnen zien, is wat anderen willen dat we zien. Wat we weten, is misschien niet wat er gebeurd is, en wat er echt gebeurd is, mogen we misschien niet weten. Om een beroemd citaat van Sherlock Holmes te gebruiken: wanneer je al het onmogelijke hebt uitgesloten, is wat overblijft, hoe onwaarschijnlijk ook, de waarheid.