Chemische evolutie begrijpen

De term "chemische evolutie" kan op veel verschillende manieren worden gebruikt, afhankelijk van de context van de woorden. Als je met een astronoom spreekt, dan kan het een discussie zijn over hoe nieuwe elementen worden gevormd tijdens supernova's. Chemici kunnen geloven dat chemische evolutie betrekking heeft op hoe zuurstof of waterstofgassen "evolueren" uit sommige soorten chemische reacties. In de evolutionaire biologie daarentegen wordt de term 'chemische evolutie' meestal gebruikt om de hypothese te beschrijven dat organische bouwstenen van het leven werden gecreëerd toen anorganische moleculen samenkwamen. Soms abiogenese genoemd, kan chemische evolutie zijn hoe het leven op aarde begon.

De omgeving van de aarde toen deze voor het eerst werd gevormd, was heel anders dan nu. De aarde stond enigszins vijandig tegenover het leven en dus ontstond er geen miljarden jaren nadat de aarde voor het eerst was gevormd. Vanwege de ideale afstand tot de zon is de aarde de enige planeet in ons zonnestelsel die vloeibaar water kan bevatten in de banen waarin de planeten zich nu bevinden. Dit was de eerste stap in de chemische evolutie om leven op aarde te creëren.

De vroege aarde had ook geen atmosfeer eromheen om ultraviolette stralen te blokkeren die dodelijk kunnen zijn voor de cellen waaruit al het leven bestaat. Uiteindelijk geloven wetenschappers in een primitieve atmosfeer vol broeikasgassen zoals koolstofdioxide en misschien wat methaan en ammoniak, maar geen zuurstof. Dit werd later belangrijk in de evolutie van het leven op aarde, omdat fotosynthetische en chemosynthetische organismen deze stoffen gebruikten om energie te creëren.

Dus hoe is abiogenese of chemische evolutie precies gebeurd? Niemand is helemaal zeker, maar er zijn veel hypothesen. Het is waar dat de enige manier waarop nieuwe atomen van niet-synthetische elementen kunnen worden gemaakt, is door de supernova's van extreem grote sterren. Alle andere atomen van elementen worden gerecycled door verschillende biogeochemische cycli. Dus ofwel waren de elementen al op aarde toen het werd gevormd (vermoedelijk uit de verzameling van ruimtestof rond een ijzeren kern), of kwamen ze naar de aarde via de continue meteooraanvallen die gebruikelijk waren voordat de beschermende atmosfeer werd gevormd.

Toen de anorganische elementen eenmaal op aarde waren, zijn de meeste hypothesen het erover eens dat de chemische evolutie van de organische bouwstenen van het leven in de oceanen begon. Het grootste deel van de aarde wordt bedekt door de oceanen. Het is geen eind om te denken dat de anorganische moleculen die chemische evolutie zouden ondergaan, in de oceanen zouden rondzweven. De vraag blijft hoe deze chemicaliën evolueerden tot organische bouwstenen van het leven.

Dit is waar de verschillende hypotheses zich van elkaar aftakken. Een van de meer populaire hypothesen zegt dat de organische moleculen bij toeval werden gecreëerd toen de anorganische elementen in de oceanen botsten en zich bonden. Dit stuit echter altijd op weerstand, omdat statistisch gezien de kans hierop zeer klein is. Anderen hebben geprobeerd de omstandigheden van de vroege aarde te herscheppen en organische moleculen te maken. Eén zo'n experiment, gewoonlijk het Primordial Soup-experiment genoemd, was succesvol in het creëren van organische moleculen uit anorganische elementen in een laboratoriumomgeving. Naarmate we echter meer te weten komen over de oude aarde, hebben we ontdekt dat niet alle moleculen die ze gebruikten in die tijd in de buurt waren.

De zoektocht blijft meer leren over chemische evolutie en hoe het zou kunnen zijn begonnen met het leven op aarde. Er worden regelmatig nieuwe ontdekkingen gedaan die wetenschappers helpen te begrijpen wat er beschikbaar was en hoe dingen in dit proces kunnen zijn gebeurd. Hopelijk zullen wetenschappers op een dag in staat zijn aan te geven hoe chemische evolutie plaatsvond en een duidelijker beeld van hoe het leven op aarde begon.