Kristallen kunnen groeien. Vloeibare kristallen, zoals die in je laptopscherm en mobieltje, kunnen zelfs bewegen en van vorm veranderen. Niet gek dat een lezer zich afvraagt of kristallen leven.
Diamant is een koolstofkristal gevormd over miljoenen jaren, onder hoge druk en hitte.
Rob Lavinsky, iRocks.com, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0.Het korte antwoord: nee, kristallen leven niet. Maar ze komen er wel verrassend dichtbij, vindt scheikundige Graeme Blake van het Zernike Instituut aan de Rijksuniversiteit Groningen.
Aan hoeveel kenmerken van leven voldoen kristallen? Onze quiz ‘Leeft het of niet’ noemt vijf veelgebruikte criteria: organisatie, chemische reacties, energieverbruik, voortplanting en evolutie. Blake denkt dat kristallen de eerste drie aftikken. “Een kristal is een stof met een hoge periodieke rangschikking in drie richtingen. Periodiek betekent dat het een bouwsteen heeft die zich herhaalt. Zo bestaat keukenzout uit atomen van natrium en chloride die zich in een patroon in drie richtingen herhalen.” Deze 3D-rangschikking van kristalstelsels is een manier van organisatie. “Kristallen gebruiken chemische stoffen uit hun omgeving om te groeien, en voor die groei hebben ze een energiebron nodig, bijvoorbeeld aardwarmte.” Edelstenen zoals diamant of robijn vormen zich in de grond onder hoge druk en hitte. “Diamant bestaat simpelweg uit koolstofatomen, maar het kristal vormt zeer traag op een geologische tijdschaal, zoals veel edelsteenkristallen. Sommige edelstenen kosten miljoenen jaren om te vormen.” Andere kristallen vormen zich razendsnel, afhankelijk van het type chemische reactie.
Vloeibare kristallen veranderen van vorm bij een elektrische prikkel.
Igor Gvozdovskyy, via Wikimedia Commons, CC BY 4.0.Volgens Blake vervalt de vergelijking bij voortplanting. “Kristallen planten zich niet spontaan voort.” En zonder voortplanting krijg je ook geen evolutie. Maar de scheikundige ziet wel een ander kenmerk van leven in kristallen. “Ze kunnen reageren en bewegen op prikkels van buitenaf. Neem de display van je laptopscherm. Die bestaat uit vloeibare kristallen die vervormen in reactie op een elektrische prikkel. De vervorming filtert invallend blauw, rood of groen licht en veroorzaakt een kleurverandering op je scherm.”
Evolutie
De vraag lijkt daarmee beantwoord, maar eerlijk gezegd staat de plek van kristallen als levend of levenloos nog steeds ter discussie in de
wetenschap. Dat komt doordat de definities van leven en kristal niet vaststaan. “Naar mijn mening zitten kristallen, of stenen in het algemeen, dichter tegen leven aan dan de meeste mensen beseffen”, zegt Sijbren Otto, een collega van Blake. “Er ontbreekt alleen evolutie. Aan een soort voortplanting doen ze volgens mij al wel: kristallen versnellen de vorming van kristallen van hun eigen soort.” Otto werkt zelf niet met kristallen, maar met zelfgemaakte organische moleculen. “We hebben net laten zien dat daar wel een simpele evolutie mogelijk is.” Kristallen hebben volgens hem te weinig mogelijke vormen waarin ze kunnen evolueren, en bovendien gaat omvorming van het ene kristal in het andere heel traag.
Onderdeel van leven
Evolutie zit er voor kristallen dus niet in, en daarmee leven ook niet – volgens de hier gebruikte definitie althans. Maar kristallen spelen wel een rol in de evolutie van levende wezens, omdat ze vaak onderdeel van organismen zijn. Blake weet zo een aantal voorbeelden te noemen. “Schelpen bevatten calciumcarbonaatkristallen. De felle kleuren van vissen, insecten en hagedissen komen door zeer fijne kristallen.” Vlindervleugels zijn bedekt met honderdduizenden microscopische schubben waarin organische kristallen zitten. Elk schub breekt en weerkaatst het licht op een eigen manier, en geeft een vlinder zijn kleur en glans.
De schubben van een vlindervleugel bevatten fotonische kristallen die licht reflecteren en een vlinder zijn kleur geven.
Anatoly Mikhaltsov, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0.In het menselijk lichaam zitten ook kristallen. “In je tanden en botten zorgt hydroxyapatiet voor stevigheid, een mineraal van calcium, fosfaat en hydroxide”, vertelt Blake. “En verspreid in ons brein zitten microscopisch kleine magnetische kristallen; de functie ervan is onbekend.” Onderzoekers vermoeden dat zulke magnetietkristallen in migrerende soorten als trekvogels en vissen, de dieren in staat stellen om het magnetisch veld van de aarde te gebruiken om lange afstanden af te leggen.
De vorm en functie van kristallen in organismen bepalen mede hoe goed een individu kan overleven en zich kan voortplanten, en de manier waarop cellen zulke kristallijne structuren aanleggen, ligt vast in ons DNA. Ook al evolueren kristallen niet, ze dragen dus wel hun steentje bij aan de evolutie van levende wezens.