Wat is leven?

Iedereen weet: een steen leeft niet en een insect wel. Kan jij uitleggen waarom dat zo is? Wetenschappers uit verschillende disciplines worstelen al tientallen jaren om een definitie te vinden voor leven. Waarom is dat zo enorm lastig? En is een definitie überhaupt wel nuttig?

5 augustus 2014

“De mogelijkheid om voort te planten, dat is de essentiële eigenschap van leven”, zei een wetenschapper eens tijdens een congres. De aanwezigen zochten gezamenlijk een antwoord op de vraag ‘wat is de definitie van leven?’

Na een urenlange, levendige discussies lijkt er overeenstemming te zijn: leven betekent kunnen voortplanten. Iedereen knikt instemmend. Totdat een slimmerik de volgende opmerking maakt: “Maar dat betekent dat één konijn levensloos is. Alleen twee konijnen, een mannetje en een vrouwtje, zijn samen levend”.

Deze anekdote beschreef de Amerikaanse moleculair bioloog Daniel Koshland in 2002 in een essay in het wetenschappelijk magazine Science. Vanaf dat moment, zegt Koshland, was het duidelijk dat er geen simpele definitie is voor leven. Tot op de dag van vandaag is er geen algemene beschrijving waarmee iedereen tevreden is. We herkennen leven in één oogopslag zodra we het zien. Waarom is het dan zo vreselijk moeilijk om leven in één definitie te vatten?

Is het leven een cel?

‘We weten heel goed dat het leven opgebouwd is uit cellen en dat er geen levensvormen zijn die niet uit cellen bestaan’, schrijft geneticus en programmamaker voor de BBC Adam Rutherford in zijn boek Schepping: de oorsprong van leven. ‘Maar cellen definiëren het leven niet, zoals een huis ook niet gedefinieerd wordt door bakstenen.’ Dat is te simpel voorgesteld. ‘Leven is een combinatie van vele verschillende chemische systemen die samen meer zijn dan de som van hun onderdelen’, aldus Rutherford.

Voeden en voortplanten

Op de middelbare school leren we bij biologie dat levende wezens zich onderscheiden van de levenloze natuur doordat ze voldoen aan zeven kenmerken: ademen, voeden, uitscheiden, bewegen, groeien, waarnemen en voortplanten.

Wetenschappers zijn het erover eens: deze criteria zijn de basis waar een levend organisme aan moet voldoen. Beschrijvend komt dat op het volgende neer: levende systemen zijn ingewikkeld en goed georganiseerd. Ze nemen energie uit op de omgeving en zetten die om voor hun eigen groei en voortplanting. Afval scheiden ze uit. Levende systemen werken altijd toe naar een status waarin hun interne milieu in evenwicht verkeert en ze reageren op hun omgeving. Ook heel belangrijk: alle levende systemen zijn onderhevig aan mutaties en daardoor aan natuurlijke selectie volgens de regels van Charles Darwin, wat evolutie mogelijk maakt.

Uiteraard is deze simpele beschrijving alleen gebaseerd op leven wat we hebben gezien of wisten op te kweken in een petrischaaltje. Niet volledig toereikend dus, desondanks zijn deze wetenschappelijke criteria het houvast van de meeste wetenschappers.

Leven in het water op een zwarte achtergrond. — Sieralgen.
Wim van Egmond voor the Micropolitan Museum

Tweehonderd definities

Onderzoekers blijven sleutelen aan de definitie voor leven. Al sinds mensen het leven bestuderen worstelen ze om het te definiëren. Het wemelt in de wetenschappelijke literatuur dan ook van de artikelen waarin wetenschappers een definitie voor leven voorstellen. Op dit moment zijn er ruim tweehonderd beschrijvingen in omloop.

Wikipedia geeft de volgende, gebruikelijke definitie die afgeleid is uit het bovengenoemde lijstje van eigenschappen:

‘Leven is een open fysico-chemisch systeem dat door middel van uitwisseling van energie en materie met de omgeving en door een inwendig metabolisme in staat is om zich in stand te houden, te groeien, zich voort te planten en zich aan te passen aan veranderingen in de omgeving, zowel op korte (fysiologische en morfologische adaptatie) als op lange termijn (evolutie).’

Lastig bij deze definitie is de onduidelijke overgang van levenloos naar levend. Hoort een virus, dat zich op de grens bevindt, er nu wel of niet bij?

Virussen: een grensgeval

Virussen hebben dna of rna dat kan evolueren, een belangrijk kenmerk van leven. Toch rekenen de meeste biologen virussen niet tot de organismen. Virussen kunnen zich namelijk alleen vermenigvuldigen in een gastheercel. Een zelfstandig bestaan hebben ze niet. Het bestuderen van zulke grensgevallen kan helpen een definitie voor leven helder te krijgen.

Ook wetenschapsfilosofen denken mee over de kwestie. Op de conferentie European Science Open Forum, gehouden deze zomer in Kopenhagen, gaf John Dupré van de University of Exeter zijn visie op virussen. “Virusdeeltjes leven niet, ze zijn stabiel maar passief. Maar virussen die zich actief vermeerderen, die daarmee hun afkomst in stand houden, zijn ontzettend levend. Levend zijn betekent deelnemen aan de activiteiten van levende wezens.” Een interessante gedachte.

‘s Werelds beroemdste synthetisch bioloog Craig Venter – die in 2010 de voorpagina’s van de kranten haalde omdat hij als eerste een bacteriecel met een op de computer ontworpen genoom creëerde – houdt het liever simpel: Leven is volgens hem niks meer dan een dna-software-systeem, zegt hij in een interview met het Britse tijdschrift New Scientist. “Toen het ons lukte om DNA van de ene cel over te brengen naar de andere cel, wat de ene bacteriesoort in de andere omzette, was dat het bewijs dat leven een DNA-software-systeem is. Verander je de software, dan verander je de soort”, aldus Venter.

Twee blauwe synthetische cellen. — De beroemde bacteriecellen van Craig Venter met een synthetisch genoom.
J. Craig Venter Institute

De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA hanteert weer een andere definitie, die goed van pas komt bij verkenningen in de ruimte:

Leven is een zichzelf in stand houdend systeem dat in staat is tot darwiniaanse evolutie.

Problemen komen echter naar boven bij het sluitend maken van de definitie. Neem de definitie van NASA, volgens wie alle leven te maken heeft met darwinistisch gedrag. Maar het leven staat daarin niet alleen. Er zijn bijvoorbeeld ook moleculen die zichzelf repliceren en selectie vertonen. En zo is er op elke definitie wel wat aan te merken.

Olifant

Een obstakel bij het vinden van een voor iedereen bevredigende definitie, is dat wetenschappers uit verschillende disciplines allemaal andere aandachtsgebieden hebben. Vanuit de astrobiologie, biologie, chemie, natuurkunde en cybernetica proberen wetenschappers het leven in een keurslijf te wringen. Er bestaan zelfs puur wiskundige definities voor leven.

Een analogie die deze kwestie mooi verbeeldt, is het Hindoe-verhaal waarin een aantal blinde mannen in opdracht van de koning moeten vertellen hoe een olifant eruit ziet. De één betast alleen de staart, de ander voelt aan een been en weer een ander heeft de slurf in handen. Het enige waar de mannen het over eens zijn, is dat het beest een dikke huid heeft. Verder komen ze er niet uit. Op de vraag ‘wat is leven?’ speelt dit probleem ook: het antwoord van een bioloog verschilt waarschijnlijk van het antwoord van een natuurkundige of astronoom.

Wat ook niet helpt is het tot dusver niet gelukt is om leven kunstmatig na te maken. Pas als we het leven na kunnen maken, dan begrijpen we echt wat het inhoudt, is de opvatting van menig wetenschapper. Maar tot nu toe is de kennis die wij hebben van een levende cel ontoereikend om er zelf één in elkaar te knutselen.

Doodlopende zoektocht

Zal het ooit mogelijk zijn het leven te vatten in één of enkele zinnen? Veel mensen bijten zich vast in het formuleren van een sluitende definitie. Maar niet iedereen vindt het ontbreken van een definitie een probleem. De Nederlandse bioloog Nico van Straalen verwoordde in zijn column voor de Vrije Universiteit mooi waarom een definitie onwenselijk is.

Artistieke weergave van een zonnestelsel in wording. — Definities voor leven zijn gebaseerd op wat we kennen op aarde. Mogelijk buitenaards leven zit daar niet bij in.
JPL / NASA

“Elke definitie zal geïnspireerd zijn op het leven dat we dagelijks om ons heen zien. Als we willen begrijpen hoe het leven is ontstaan, moeten we de mogelijkheid open houden dat het aanvankelijk niet leek op iets dat we kennen. Anders zou onze speurtocht naar het vroege leven doodlopen omdat we op zoek zijn naar iets buiten onze definitie, wat we dus nooit zullen vinden. Ook als we een ruimtesonde het heelal in sturen, moeten we niet zoeken naar leven zoals we het kennen, maar juist onze ogen open houden voor levensvormen die totaal anders zijn.”

Meer onderzoekers denken in die richting. Tot hen behoort Nobelprijswinnaar Jack Szostak, die aan de Harvard Universiteit onderzoek doet naar de oorsprong van leven. Hij vindt de zoektocht naar een definitie dodelijk vermoeiend en bovendien volstrekt irrelevant. Wat we willen begrijpen is het traject: hoe eenvoudige chemische stoffen uiteindelijk complexe cellen werden. Daarvoor is het helemaal niet nodig om een harde scheidslijn te trekken, met aan de ene kant pure scheikunde en aan de andere kant biologie.

Maar mensen categoriseren graag, ook in de wetenschap. De pitbulls onder de onderzoekers zullen zich blijven vastbijten in het formuleren van een definitie, in de hoop meer van het leven te begrijpen.

Wat vind jij? Moet er een definitie komen nodig voor leven, of niet? Breng hier je stem uit.

Reageer