Caractéristiques
État
Utilisé
Type
Autres sciences
Année (orig.)
1972
Auteur
zie beschrijving
Description
||boek: de ongewervelde dieren 1-2|bewerking: P.J. Kipp|AULA [422]
||door: Aula, Ralph Buchsbaum
||taal: nl
||jaar: 1972
||druk: 2e druk
||pag.: 229p
||opm.: pocket|gelezen|+gekaft
||isbn: 90-274-5107-9
||code: 1:002180
--- Over het boek (foto 1): de ongewervelde dieren 1-2 ---
Animals Without Backbones has been considered a classic among biology textbooks since it was first published to great acclaim in 1938. It was the first biology textbook ever reviewed by Time and was also featured with illustrations in Life. Harvard, Stanford, the University of Chicago, and more than eighty other colleges and universities adopted it for use in courses. Since then, its clear explanations and ample illustrations have continued to introduce hundreds of thousands of students and general readers around the world to jellyfishes, corals, flatworms, squids, starfishes, spiders, grasshoppers, and the other invertebrates that make up ninety-seven percent of the animal kingdom. This new edition has been completely rewritten and redesigned, but it retains the same clarity and careful scholarship that have earned this book its continuing readership for half a century. It is even more lavishly illustrated than earlier editions, incorporating many new drawings and photographs. Informative, concise legends that form an integral part of the text accompany the illustrations. The text has been updated to include findings from recent research. Eschewing pure morphology, the authors use each group of animals to introduce one or more biological principles. In recent decades, courses and texts on invertebrate zoology at many universities have been available only for advanced biology majors specializing in this area. The Third Edition of Animals Without Backbones remains an ideal introduction to invertebrates for lower-level biology majors, nonmajors, students in paleontology and other related fields, junior college and advanced high school students, and the general reader who pursues the rewarding study of the natural world.
[source: https--www.bol.com]
De rede in opstand: marxistische filosofie en moderne wetenschappen - 11. Hoe het leven ontstond
Inhoudsopgave
De rede in opstand: marxistische filosofie en moderne wetenschappen
Voorwoord
1. Inleiding
2. Filosofie en religie
3. Dialectisch materialisme
4. Formele logica en dialectiek
5. Revolutie in de fysica
6. Onzekerheid en idealisme
7. Relativiteitstheorie
8. De pijl van de tijd
9. De Big Bang
10. De dialectiek van de geologie
11. Hoe het leven ontstond
12. De revolutionaire geboorte van de mens
13. Het ontstaan van bewustzijn
14. Marxisme en darwinisme
15. Zelfzuchtige genen?
16. Kwantiteit en kwaliteit in de wiskunde
17. Chaostheorie
18. Kennistheorie
19. Vervreemding en de toekomst van de mensheid
Bibliografie
...
11. Hoe het leven ontstond
Oparin en Engels
"Wat we vandaag niet weten, zullen we morgen weten." Deze eenvoudige stelling ligt aan de basis van de conclusie van een wetenschappelijke verhandeling over de Oorsprong van het leven, geschreven door de Russische bioloog Aleksandr Ivanovich Oparin in 1924. Het was de eerste keer dat een moderne beschouwing van het onderwerp werd ondernomen en het opende een nieuw hoofdstuk in het begrijpen van het leven. Het was geen toeval dat Oparin, als materialist en dialecticus, dit onderwerp vanuit een origineel perspectief benaderde. Dit was een stoutmoedig begin, aan de prille vooravond van de biochemie en moleculaire biologie, en het werd in 1929 onafhankelijk ervan geruggensteund door de bijdrage van de Britse bioloog J.B.S. Haldane (1892-1964), ook een materialist. Dit werk bracht de hypothese van Oparin-Haldane voort, waarop het daaruit volgende begrip over het ontstaan van het leven is gebaseerd. Asimov schrijft hierover het volgende: "Hierin werden voor de eerste keer in detail de problemen over de oorsprong van het leven behandeld vanuit een volledig materialistische benadering. Aangezien de Sovjetunie niet gehinderd wordt door religieuze scrupules waaraan de westerse naties zich gebonden voelen, is dit misschien niet verwonderlijk".
Oparin erkende steeds dat hij Engels veel verschuldigd was en maakte geen geheim van zijn filosofische overtuiging: "Dit probleem (over het ontstaan van het leven) heeft steeds centraal gestaan in een bitter conflict tussen ideeën van twee onverzoenlijke filosofische scholen: het conflict tussen idealisme en materialisme", schrijft Oparin.
"Er ontplooit zich een volledig nieuw perspectief voor ons indien we proberen op een dialectische manier een oplossing voor het probleem te zoeken in plaats van op een metafysische, op basis van een studie van de opeenvolgende veranderingen in de materie die het verschijnen van het leven voorafgingen en aanleiding gaven tot het ontstaan ervan. Materie blijft nooit in rust, beweegt en ontwikkelt zich voortdurend, en tijdens deze ontwikkeling verandert het van de ene bewegingsvorm in de andere, waarbij elkeen ingewikkelder en harmonieuzer is dan de voorafgaande. Het leven blijkt dus een bijzonder gecompliceerde vorm van de beweging van materie, dat ontstaat als een nieuwe eigenschap in een welbepaald stadium in de algemene ontwikkeling van de materie."
"Reeds op het einde van de vorige eeuw wees Friedrich Engels erop dat de studie van de geschiedenis van de materie veruit de meest hoopgevende manier is om een oplossing te vinden voor het probleem van het ontstaan van het leven. Deze ideeën van Engels werden echter niet voldoende weerspiegeld in het wetenschappelijke denken van zijn tijd."
Engels was in wezen correct toen hij het leven beschreef als de bewegingswijze van proteïnen. Vandaag kunnen we daar echter aan toevoegen dat het leven de functie is van de wederzijdse reacties van nucleïnezuren en van proteïnen. Zoals Oparin verklaarde: "F. Engels gebruikte net als de biologen van zijn tijd vaak de termen 'protoplasma' en 'eiwithoudende lichamen'. De 'proteïnen' van Engels mogen daarom niet verward worden met de chemisch onderscheiden substanties die we nu geleidelijk hebben kunnen afzonderen van levende dingen, noch met de gezuiverde proteïnebereidingen die zijn samengesteld uit een mengsel van pure proteïnen. Toch was Engels ver vooruit op de ideeën van zijn tijd, wanneer hij, als hij het over proteïnen had, vooral de chemische aspecten van de materie op de voorgrond plaatste en tevens de nadruk legde op het belang van proteïnen in het metabolisme, die de beweging van de materie vormen, zo eigen aan het leven."
"Het is pas nu dat we langzaamaan in staat zijn de opmerkelijke wetenschappelijke scherpzinnigheid van Engels naar waarde te schatten. De vooruitgang in de chemie van proteïnen die nu plaatsvindt, liet ons toe proteïnen te beschrijven als individuele chemische verbindingen, als polymeren van aminozuren met extreem specifieke structuren". J.D. Bernal geeft een alternatief op de definitie van Engels van het leven als "een gedeeltelijke, continue, progressieve, veelvormige en voorwaardelijk interactieve zelfverwezenlijking van de het potentiële vermogen van atomaire elektronentoestanden".
Hoewel de hypothese van Oparin-Haldane de basis legde voor een studie van het ontstaan van het leven, als een tak van de wetenschap, is het correcter om dit toe te schrijven aan de revolutie in de biologie in het midden van de 20e eeuw. De theorieën over de oorsprong van het leven zijn in grote mate speculatief. Er zijn geen sporen van te vinden in het fossielenmateriaal. We hebben hier te maken met de meest eenvoudige en meest elementaire levensvormen die maar mogelijk zijn, overgangsvormen die helemaal niet leken op de levende zaken die we vandaag aantreffen, maar die desondanks de beslissende sprong vertegenwoordigden van anorganische naar organische materie. Misschien is het correcter, zoals Bernal het stelt, om te spreken over de oorsprong van levensprocessen in plaats van de oorsprong van het leven.
Engels legt uit dat de darwinistische revolutie "de kloof tussen de anorganische en organische natuur tot een minimum herleidde, maar een van de grootste moeilijkheden wegnam die eerder in de weg had gestaan van de theorie over de herkomst van organismen. Het nieuwe begrip van de natuur was wat zijn belangrijkste kenmerken betrof, volledig; alle starheid was eruit, alle vastheid was verdwenen, alle eigenaardigheden waarvan men dacht dat ze altijd zouden blijven bestaan, werden van voorbijgaande aard, er werd aangetoond dat de hele natuur beweegt in een eeuwige stroom en een cyclische koers". De wetenschappelijke ontdekkingen die sindsdien zijn gedaan, hebben deze revolutionaire doctrine nog versterkt.
Oparin trok de conclusie dat de oorspronkelijke atmosfeer van de aarde volledig verschilde van die van vandaag. Hij voerde aan dat in afwezigheid van zuurstof, de atmosfeer reducerend in plaats van oxiderend werkt. Oparin stelde dat de organische moleculen waarvan het leven afhankelijk is, zich spontaan in een dergelijke atmosfeer vormden onder invloed van ultraviolette straling van de zon. J.B.S. Haldane was onafhankelijk tot soortgelijke conclusies gekomen:
"De zon was misschien iets feller dan nu, en aangezien er geen zuurstof in de atmosfeer was, werden de chemisch actieve ultraviolette stralen van de zon niet zoals nu voornamelijk tegengehouden door de ozon (een gewijzigde vorm van zuurstof) in de hogere atmosfeer, en door zuurstof zelf meer naar beneden toe. Ze drongen door tot het oppervlak van de aarde en de zee, of op zijn minst tot de wolken. Wanneer ultraviolet inwerkt op een mengsel van water, koolstofdioxide en ammoniak, worden een grote variëteit organische materialen gemaakt, met inbegrip van suikers en blijkbaar sommige van de materialen waaruit proteïnen zijn samengesteld".
...
Hoe ontstond het leven?
Er is geen ander onderwerp van zo'n groot belang voor ons dan de vraag hoe het leven, het gevoel en denkende wezens ontstonden uit anorganische materie. Dit raadsel heeft de menselijke geest vanaf de vroegste tijden beziggehouden en werd op verschillende manieren beantwoord. We kunnen ruw gezien drie categorieën onderscheiden:
1e theorie: God schiep al het leven, ook de mens
2e theorie: het leven ontstond uit anorganische materie, door spontane ontwikkeling, zoals maden uit rottend vlees, of kevers uit een mesthoop (Aristoteles)
3e theorie: het leven kwam van een meteoriet vanuit de ruimte, die op aarde viel en vervolgens tot ontwikkeling kwam.
Deze omzetting van anorganische naar organische materie is een relatief recente visie. De theorie van spontane ontwikkeling daarentegen - dat het leven ontstond vanuit het niets - kent een lange geschiedenis. Het geloof in spontane ontwikkeling komt uit het oude Egypte, Indië en Babylon. Men kan het lezen in de geschriften van de oude Grieken: "Hier ontstaan maden uit mest en rottend vlees, hier vormen luizen zich van menselijk zweet, hier worden vuurvliegjes geboren uit de vonken van een brandstapel en, ten slotte, komen kikkers en muizen voort uit de dauw en dampen van de aarde (...) Voor hen was spontane ontwikkeling eenvoudig en voor de hand liggend, een empirisch vastgesteld feit waarvan de theoretische basis van secundair belang was", schrijft Oparin. Veel hiervan hing nauw samen met religieuze legenden en mythen. De benadering van de vroege Griekse filosofen daarentegen vertoonde een materialistisch karakter.
Het was de idealistische visie van Plato (ook uitgedrukt door Aristoteles) die spontane ontwikkeling een bovennatuurlijke eigenschap verleende en die later de basis vormde voor de middeleeuwse wetenschappelijke cultuur en gedurende eeuwen een overheersende invloed uitoefende op de geesten van de mensen. Materie bevat geen leven, maar is er wel bezield van. Via de Griekse en Romeinse filosofische scholen werd dit door de vroege christelijke Kerk ontleend en verder uitgewerkt om hun mystieke opvatting over de oorsprong van het leven te ontwikkelen. Sint Augustinus zag in de spontane ontwikkeling een uitdrukking van goddelijke wil, het opwekken van inerte materie door de 'levenscheppende geest'. Lenin wees erop dat de scholastici en clerici datgene aangrepen in Aristoteles wat dood was, en niet datgene wat nog leefde. Later werd het door Thomas Van Aquino uitgewerkt in overeenstemming met de leer van de Katholieke Kerk. Een vergelijkbaar standpunt wordt aangenomen door de oosterse Kerken. Dimitrii, de bisschop van Rostov, verklaarde in 1708 dat Noah de dieren die in staat waren tot spontane ontwikkeling, niet meenam in zijn ark: "Zij kwamen allemaal om in de zondvloed, en na de zondvloed herrezen ze opnieuw uit dergelijke beginselen." Dit geloof domineerde de westerse samenleving tot in het midden van de 19e eeuw.
In zijn lezing in Edinburgh in 1868 legde de grote T.H. Huxley voor het eerst uit dat het leven één gemeenschappelijke fysische basis had: protoplasma. Hij benadrukte dat het functioneel, formeel en substantieel hetzelfde was over de hele waaier van levende wezens. Tijdens hun levensloop vertonen alle organismen beweging, groei, metabolisme en reproductie. Qua vorm bestaan ze uit cellen met een kern; qua inhoud zijn ze samengesteld uit proteïnen, een chemische verbinding van koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. Dit brengt de onderliggende eenheid van het leven treffend aan het licht.
De Franse wetenschapper Louis Pasteur, de vader van de microbiologie, bracht in een reeks van experimenten de theorie van spontane ontwikkeling definitief in diskrediet. "Leven kan enkel voortkomen uit leven", zei Pasteur. De ontdekkingen van Pasteur brachten de orthodoxe opvatting van spontane ontwikkeling een reusachtige opdoffer toe. De verdere triomf van de evolutietheorie van Darwin dwong de vitalisten (het idee van de 'levenskracht') om de oorsprong van het leven met nieuwe ogen te herbekijken. Van nu af aan bestond hun argument ter verdediging van het idealisme uit het feit dat het onmogelijk was dit fenomeen te begrijpen op basis van materialisme.
Reeds in 1907 bracht de Zweedse scheikundige Svente Arrhenius (1859 - 1927) in zijn boek Worlds in the Making de theorie van de panspermie naar voren, met als besluit dat indien het leven zich niet spontaan kon ontwikkelen op aarde, het wel van andere planeten moest komen. Hij had het over sporen die door de ruimte reisden om leven te 'zaaien' op andere planeten. Elke levensspore die in onze atmosfeer terecht zou komen, zou echter net als meteorieten opbranden. Als antwoord op deze kritiek stelde Arrhenius dat het leven daarom eeuwig was en geen oorsprong had. Het bewijsmateriaal sprak zijn theorie evenwel tegen. Er werd aangetoond dat het bestaan van ultraviolette stralen in de ruimte zeer snel alle bacteriologische sporen zou vernietigen. In 1966 werden bijvoorbeeld micro-organismen, geselecteerd op basis van hun taaiheid, op de ruimtecapsule Gemini 9 geplaatst en blootgesteld aan de straling van de ruimte. Ze hielden het zes uur uit. Meer recent dacht Fred Hoyle dat het leven op aarde werd gebracht in de staart van kometen. Dit idee werd in een nieuw kleedje gestoken door Francis Crick en Leslie Orgel, die suggereerden dat de aarde opzettelijk werd bezaaid door intelligent leven vanuit de ruimte! Dergelijke theorieën verklaren echter niets. Zelfs indien we aanvaarden dat het leven op aarde afkomstig is van een andere planeet, is dit nog altijd geen antwoord op de vraag hoe het leven ontstond, maar verplaatst men deze gewoon naar een andere plaats - naar de hypothetische planeet van de oorsprong.
Het is niet nodig om in de ruimte te reizen om een rationele verklaring te vinden voor de oorsprong van het leven. De oorsprong van het leven kan gevonden worden in de processen die werkzaam waren in de natuur van onze eigen planeet meer dan 3,5 miljard jaar geleden, in zeer bijzondere omstandigheden. Dit proces kan niet herhaald worden, omdat ieder van dergelijke organismen zou worden overgeleverd aan de genade van bestaande levensvormen, die er meteen korte metten zouden mee maken. Het kon enkel ontstaan op een planeet waar er geen leven bestond en waar er eveneens weinig zuurstof was, aangezien zuurstof zou reageren met de chemische substanties die nodig zijn om leven te creëren en die op die manier zou afbreken. De atmosfeer van de aarde bestond in die tijd hoofdzakelijk uit methaan, ammoniak en waterdamp. Experimenten in laboratoria hebben aangetoond dat een mengsel van water, ammoniak, methaan en waterstof, onderworpen aan ultraviolette stralen, twee eenvoudige aminozuren voortbrengt, met sporen van meer ingewikkelde. Op het einde van de jaren 1960 werden complexe moleculen aangetroffen in gaswolken in de ruimte. Daarom is het mogelijk dat zelfs in een zeer vroeg stadium van de vorming van de aarde, de elementen voor het ontstaan van leven, of bijna-leven, al aanwezig waren in de vorm van aminozuren. Recentere experimenten hebben definitief aangetoond dat de proteïnen en nucleïnezuren die aan de basis liggen van alle leven, konden ontstaan zijn uit normale chemische en fysische veranderingen die plaatsvonden in de 'oersoep'.
Volgens Bernal maakt de eenheid van het leven deel uit van de geschiedenis van het leven, en is ze bijgevolg betrokken in zijn oorsprong. Alle biologische fenomenen worden geboren, komen tot ontwikkeling en sterven in overeenstemming met natuurkundige wetten. De biochemie heeft aangetoond dat alle leven op aarde hetzelfde was op chemisch vlak. Ondanks de enorme verschillen tussen de soorten duikt het basismechanisme van enzymen, co-enzymen en nucleïnezuren overal op. Tegelijkertijd vormt het een verzameling van identieke deeltjes die bijeengehouden worden door de principes van zelfopbouw in de meest uitgewerkte structuren.
De revolutionaire geboorte van het leven
Het wordt nu stilaan duidelijk dat de aarde in zijn beginperiode niet op dezelfde manier functioneerde als vandaag. De samenstelling van de atmosfeer, het klimaat en het leven zelf ontwikkelden zich via een proces van tumultueuze veranderingen, met plotse sprongen en allerlei transformaties, maar eveneens met terugvallen. De evolutie van de aarde en het leven zelf verliep helemaal niet in een rechte lijn, maar zit vol tegenstellingen. De eerste periode van de geschiedenis van de planeet, die bekend staat als het Archeozoïcum, duurde tot 2,5 miljard jaar geleden. Aanvankelijk bestond de atmosfeer hoofdzakelijk uit koolstofdioxide, ammoniak, water en stikstof, maar was er geen vrije zuurstof. Voor dit punt was er geen leven op aarde. Hoe ontstond het dan?
Zoals we hebben gezien, geloofden geologen tot in het begin van de 20e eeuw dat de aarde een heel beperkte geschiedenis had. Slechts geleidelijk aan werd het duidelijk dat de geschiedenis van de planeet veel ouder was en dat ze bovendien gekenmerkt werd door voortdurende en soms rampzalige veranderingen. We zien een soortgelijk fenomeen bij de veronderstelde ouderdom van het zonnestelsel, dat veel ouder blijkt te zijn dan eerst werd aangenomen. Het volstaat te zeggen dat de technologische vooruitgang na de Tweede Wereldoorlog, vooral de ontdekking van radioactieve datering, de basis legde voor veel nauwkeurigere metingen en zorgde voor een reusachtige stap voorwaarts in ons begrip van de evolutie van onze planeet.
Vandaag kunnen we stellen dat de aarde meer dan 4,5 miljard jaar geleden een vaste planeet werd. Voor het alledaagse denken lijkt dit een onvoorstelbaar lange tijd. Indien we echter praten over geologische tijd, hebben we te maken met volledig verschillende grootheden. Geologen werken gewoonlijk met miljoenen en miljarden jaren, net als wij denken in uren, dagen en weken. Men was verplicht een volledig andere tijdsschaal te ontwikkelen, die in staat was een dergelijke tijdspanne te behelzen. Het Precambrium sluit de 'vroege' stadia af van de geschiedenis van de aarde, en toch staat die roerige periode in voor 88 procent van de totale geschiedenis van de planeet. In vergelijking daarmee is de hele geschiedenis van de mensheid niet meer dan een schicht. Helaas kunnen we door de schaarsheid van het bewijsmateriaal uit deze periode geen gedetailleerder beeld krijgen van dit gebeuren.
Om de oorsprong van het leven te begrijpen, moeten we de samenstelling kennen van het vroege milieu en de atmosfeer van de aarde. Als we uitgaan van het waarschijnlijke scenario dat de planeet gevormd werd uit een stofwolk, dan zou ze hoofdzakelijk samengesteld geweest zijn uit waterstof en helium. Vandaag bevat de aarde grote hoeveelheden zwaardere elementen, zoals zuurstof en ijzer. De atmosfeer bestaat ruwweg uit 80 procent stikstof en 20 procent zuurstof. De reden hiervoor is dat het lichtere waterstof en helium ontsnapten uit de atmosfeer van de aarde en de zwaartekracht onvoldoende was ze te behouden. De grotere planeten met een grotere zwaartekracht, zoals Jupiter en Saturnus, hebben hun dichte atmosfeer van waterstof en helium behouden. Onze veel kleinere maan daarentegen, met haar kleine zwaartekracht, heeft haar volledige atmosfeer verloren.
De vulkanische gassen die de primitieve atmosfeer vormden, moeten water bevat hebben, naast methaan en ammoniak. We veronderstellen dat deze werden vrijgelaten vanuit het binnenste van de aarde. Dit zorgde ervoor dat atmosfeer verzadigd werd en er regen ontstond. Met de afkoeling van het aardoppervlak werden geleidelijk aan meren en zeeën gevormd. Men gelooft dat deze zeeën een prebiotische (voor-leven) 'soep' vormden, waarin de aanwezige chemische elementen onder invloed van ultraviolet licht van de zon met elkaar reageerden en complexe stikstofhoudende organische mengsels voortbrachten, zoals aminozuren. Deze inwerking van ultraviolet licht was mogelijk omdat er zich geen ozon in de atmosfeer bevond. Dit vormt de basis van de hypothese van Oparin en Haldane.
Alle leven is georganiseerd in cellen, met uitzondering van virussen. Zelfs de meest eenvoudige cel is een uiterst complex fenomeen. Volgens de standaardtheorie moet de hitte van de aarde zelf voldoende geweest zijn om complexe samenstellingen uit eenvoudige samenstellingen te laten voortkomen. De vroege levensvormen waren in staat om energie op te slaan afkomstig van de ultraviolette straling van de zon. Veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer sneden echter de aanvoer van ultraviolette stralen af. Bepaalde aggregaten, die de stof chlorofyl hadden ontwikkeld, konden gebruikmaken van het onzichtbare licht dat door de ozonlaag doordrong, die het ultraviolet filterde. Deze primitieve algen verbruikten kooldioxide en gaven zuurstof af, wat aanleiding gaf tot de vorming van de huidige atmosfeer.
In het hele verloop van de geologische tijd kunnen we de dialectische wisselwerking waarnemen tussen atmosferische en biosferische activiteit. Enerzijds kwam het grootste deel van de vrije zuurstof in de atmosfeer voort uit biologische activiteit (via het proces van fotosynthese in planten). Anderzijds ontketenden veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer, vooral dan de toename van de hoeveelheden aanwezige moleculaire zuurstof, belangrijke biologische vernieuwingen, die toelieten dat nieuwe levensvormen ontstonden en diversifieerden.
Hoe ontstond ongeveer 4 miljard jaar geleden de eerste levende cel uit de primordiale soep van aminozuren en andere eenvoudige cellen? De standaardtheorie, zoals ze in 1953 naar voren werd gebracht door de Nobelprijswinnaar chemie Harold Urey en zijn leerling Stanley Miller, stelt dat het leven spontaan ontstond in een vroege atmosfeer van methaan, ammoniak en andere chemicaliën, en geactiveerd werd door de bliksem. Verdere chemische reacties zouden de eenvoudige verbindingen van leven toelaten verder te evolueren in steeds complexere moleculen. Uiteindelijk zouden ze de dubbele DNA-spiraal voortbrengen, of het enkelvoudige RNA, die zich beide kunnen reproduceren.
De kans dat dit toevallig gebeurt, is uiterst klein, waar de creationisten maar al te graag op wijzen. Indien het ontstaan van het leven echt een toevallige gebeurtenis zou zijn geweest, dan zouden de creationisten een sterk argument hebben. Het zou een waar mirakel zijn! De basisstructuren van het leven en de genetische werking in het algemeen zijn afhankelijk van onvoorstelbaar complexe en gesofisticeerde moleculen: DNA en RNA. Om een enkele proteïnemolecule te maken zouden verschillende honderden bouwstenen van aminozuren in een welbepaalde orde gecombineerd moeten worden. Dit is een gigantische opdracht, zelfs in een laboratorium met de allernieuwste technieken. De kans dat zoiets toevallig zou plaatsvinden in een of andere kleine warme plas, is onvoorstelbaar klein.
Dit vraagstuk werd onlangs benaderd vanuit de invalshoek van de complexiteitstheorie, een uitloper van de chaostheorie. In zijn werk over genetica en complexiteit opperde Stuart Kauffman de mogelijkheid dat er een soort leven ontstond tengevolge van het spontane opduiken van orde uit de moleculaire chaos, door de natuurlijke werking van de wetten van de fysica en de chemie. Indien de primordiale soep voldoende rijk was aan aminozuren, zou het niet nodig zijn te wachten op willekeurige reacties. Een coherent, zichzelf versterkende ingewikkelde structuur van reacties zou zich gevormd kunnen hebben vanuit de verbindingen in de soep.
Door middel van katalysatoren zouden verschillende moleculen kunnen reageren en fuseren met elkaar en zodoende een, wat Kauffman noemt, 'autokatalytische verzameling' vormen. Op die manier zou de orde die uit de moleculaire chaos ontstaat, zich manifesteren als een groeiend systeem. Dit is nog niet het leven zoals we het vandaag kennen. Het zou geen DNA hebben, geen genetische code en geen celmembraan. Toch zou het bepaalde levenseigenschappen vertonen. Het zou bijvoorbeeld kunnen groeien. Het zou over een bepaald soort metabolisme beschikken, waarbij het een voortdurend aanbod van 'voedsel'-moleculen zou opnemen in de vorm van aminozuren en andere eenvoudige samenstellingen, die het aan zichzelf zou toevoegen. Het zou zelfs beschikken over een primitieve soort van reproductie en zichzelf over een groter gebied verspreiden. Dit idee, dat een kwalitatieve sprong voorstelt, of 'faseovergang' in de taal van de complexiteit, zou betekenen dat het leven niet het gevolg was van een toevallige gebeurtenis, maar van een inherente tendens in de natuur tot organisatie.
De eerste dierlijke organismen waren cellen die in staat waren de energie op te nemen die door plantencellen was opgebouwd. De veranderde atmosfeer, het verdwijnen van de ultraviolette straling en de aanwezigheid van reeds bestaande levensvormen, sluit de schepping van nieuw leven vandaag uit, tenzij dit op een artificiële manier in een laboratorium uitgevoerd wordt. In afwezigheid van rivalen of roofdieren in de oceanen, moeten de eerste samenstellingen zich snel hebben verspreid. Op een bepaald moment moet er een kwalitatieve sprong zijn geweest met de vorming van een nucleïnezuurmolecule, die in staat was zichzelf te reproduceren: een levend organisme. Op die manier ontstaat er organische materie uit anorganische materie. Het leven zelf is het product van anorganische materie die op een welbepaalde manier is georganiseerd. Geleidelijk aan, over een lange periode die miljoenen jaren duurde, zouden er zich mutaties beginnen voordoen, die uiteindelijk zouden leiden tot het ontstaan van nieuwe levensvormen.
Op die manier kunnen we komen tot een minimale leeftijd van het leven op aarde. Een van de belangrijkste hindernissen voor de evolutie van het leven zoals wij het kennen, was de afwezigheid van een ozonlaag in de bovenste atmosfeer in het Archeozoïcum. Hierdoor kon de algemene straling, met inbegrip van ultraviolette stralen, door de oppervlaktelagen van de oceanen heen dringen, en de werking van de levensstimulerende DNA-molecule ongedaan maken. De eerste levende organismen - de vroege prokaryoten - waren eencellig, maar misten een kern en waren niet tot celdeling in staat. Ze waren echter relatief bestendig tegen de ultraviolette straling of, volgens een bepaalde theorie, er zelfs afhankelijk van. Deze organismen waren de overheersende levensvorm op aarde gedurende een periode van ongeveer 2,4 miljard jaar.
De prokaryote eencelligen plantten zich aseksueel voort door knopvorming en binaire fissie. Over het algemeen brengt aseksuele voortplanting identieke kopieën voort, tenzij er een mutatie ontstaat, wat vrij zelden voortkomt. Dit verklaart de traagheid van de evolutionaire verandering in die tijd. Het ontstaan van de celkern (eukaryoten) liet echter grotere complexiteit toe. Het lijkt aannemelijk dat de evolutie van de eukaryoten voortkwam uit een kolonie van prokaryoten. Sommige moderne prokaryoten kunnen bijvoorbeeld binnendringen en leven als componenten binnen eukaryote cellen. Sommige organellen van eukaryoten hebben hun eigen DNA, dat een overblijfsel moet zijn van hun formeel onafhankelijk bestaan. Het leven vertoont zelf bepaalde hoofdkenmerken, waaronder metabolisme (het geheel van chemische veranderingen die plaatsvinden binnen het organisme) en reproductie. Indien we uitgaan van de continuïteit van de natuur, moet het eenvoudigste organisme dat vandaag bestaat geëvolueerd zijn uit eenvoudigere en nog eenvoudigere processen. Bovendien zijn de materiële bouwstenen van al het leven de meest voorkomende elementen van het heelal: waterstof, koolstof, zuurstof en stikstof.
Zodra het leven ontstaan was, vormde het zelf een barrière die het opnieuw ontstaan van leven in de toekomst verhinderde. Moleculaire zuurstof, een nevenproduct van het leven, komt voort uit het proces van fotosynthese (waarbij licht wordt omgezet in energie). "Het leven zoals we het vandaag op aarde kennen, is in feite verdeeld in twee grote categorieën die als dusdanig reeds lang erkend zijn door de mensheid: de zuurstof ademende dieren en de fotosynthetische planten die groeien door het licht", stelt Bernal. "Dieren kunnen leven in het donker, maar ze hebben nood aan lucht om te ademen, ofwel open lucht ofwel zuurstof die opgelost is in water. Planten hebben geen behoefte aan zuurstof - in feite produceren ze het in het zonlicht - maar ze kunnen niet lang leven en groeien in de duisternis. Welke levensvorm was er dus de eerste? Of was er een andere levensvorm die ze voorafging? Dit laatste lijkt nu zo goed als zeker. Gedetailleerde studies over de geschiedenis van het leven, de interne cellulaire anatomie en het metabolisme van zowel planten als dieren tonen aan dat ze uiteenlopende gespecialiseerde afgeleiden zijn van een of ander plantdier. Dit moeten een soort van hedendaagse bacteriën geweest zijn die tegelijkertijd de functies van planten en van dieren hebben en tegelijk kunnen fungeren als zuurstof verbruikende en als fotosynthetische agenten".
Primitieve levensvormen
Het is opmerkelijk dat de chromosomen van alle levende organismen, van bacteriën tot mensen, een vergelijkbare samenstelling vertonen. Alle genen bevatten een zelfde soort chemische bestanddelen: nucleoproteïnen. Dit geldt ook voor virussen, de meest eenvoudige bekende levensvormen die op de grens staan van organische en niet-levende materie. De chemische samenstelling van de nucleoproteïnen stelt een moleculaire eenheid in staat zich te reproduceren, wat het hoofdkenmerk van het leven is.
Engels wijst erop dat de evolutie van het leven niet begrepen kan worden zonder allerlei overgangsvormen: "Vaste en stevige lijnen zijn onverenigbaar met de evolutietheorie. Zelfs de grenslijn tussen gewervelde en ongewervelde dieren is nu niet langer scherp te trekken, net als die tussen vissen en amfibieën, terwijl deze tussen vogels en reptielen met de dag vervaagt. Tussen Compsognathus en Archaopteryx ontbreken slechts enkele tussenvormen, en vogelbekken met tanden duiken op in beide hemisferen. 'Of... of' wordt steeds meer ontoereikend. Onder lagere diersoorten kan het begrip van het individu helemaal niet scherp afgetekend worden. Niet alleen of een welbepaald dier nu een individu is of een kolonie, maar ook waar in de ontwikkeling één individu ophoudt en het andere begint.
"Voor een kijk op de natuur waarbij alle verschillen worden samengebracht in tussenliggende stappen en alle tegengestelden overgaan in elkaar door tussenliggende verbanden, volstaat de oude metafysische denkmethode niet langer. De dialectiek, die evenmin stevige en vaste lijnen kent, geen onvoorwaardelijke, universeel geldende 'of... of' die de vastgelegde metafysische verschillen overbrugt, en naast 'of... of' ook op de juiste plaats 'en... en' erkent en de tegengestelden met elkaar verzoent, is de enige denkmethode die in het huidige stadium het meest geschikt is. Natuurlijk behouden de metafysische categorieën hun waarde voor dagelijks gebruik, als wisselgeld van de wetenschap".
De grenslijnen tussen levende en niet-levende materie, tussen planten en dieren, reptielen en zoogdieren zijn niet zo duidelijk afgetekend als men wel zou denken. Virussen bijvoorbeeld vormen een klasse waarvan niet beweerd kan worden dat het leven is zoals wij het normaal gezien begrijpen, en toch bezitten ze duidelijk een aantal eigenschappen van het leven. Ralph Buchsbaum zegt:
"Virussen behoren tot de grootste proteïnen die we kennen, en verschillende ervan zijn reeds bereid geweest in zuivere kristalvorm. Zelfs na herhaaldelijke kristallisaties, een behandeling die geen enkele duidelijk levende substantie heeft weten te overleven, hernemen virussen hun activiteiten en vermenigvuldigen ze zich wanneer ze opnieuw in gunstige omstandigheden worden gebracht. Terwijl niemand er ooit is in geslaagd ze te kweken in afwezigheid van levende materie, is het duidelijk dat virussen ons helpen de kloof te overbruggen die, naar men vroeger aannam, zou bestaan tussen niet-levende en levende zaken. Men kan niet langer volhouden dat er een of andere scherpe en mysterieuze scheiding bestaat tussen het levende en het niet-levende, maar er lijkt veeleer een geleidelijke overgang te zijn in complexiteit.
"Indien we bedenken dat de vroegste zichzelf voortbrengende levende substanties zoiets als virussen waren, is het niet moeilijk om zich voor te stellen dat een groepering van virusachtige proteïnen zou kunnen leiden tot grotere bacterieachtige organismen die onafhankelijk zijn en hun eigen voedsel opwekken uit eenvoudige substanties, gebruik makend van energie van de zon."
"Een dergelijk niveau van organisatie kan vergeleken worden met hedendaagse vormen zoals de onafhankelijke bacteriën, waarvan sommigen aan fotosynthese doen zonder chlorofyl en in plaats daarvan gebruik maken van verschillende groene of purperen pigmenten. Anderen gebruiken de energie die wordt onttrokken aan de oxidatie van eenvoudige latten stikstof, zwavel of ijzer. Deze kunnen bijvoorbeeld ammoniak oxideren tot nitraten, of waterstofsulfide tot sulfaten, waardoor energie vrijkomt die gebruikt wordt voor de vorming van koolhydraten".
Het relatief korte tijdsbestek tussen de geboorte van de planeet en de afkoeling van de oppervlaktekorst zorgde ervoor dat het leven ontstond in een verbazingwekkend korte tijdsperiode. Stephen J. Gould legt uit dat "het leven, ondanks al zijn complexiteit, waarschijnlijk snel ontstond, min of meer zodra het mogelijk was". De microfossielen van 3,5 miljard jaar oud zijn zoals verwacht prokaryotische cellen, dus cellen zonder kern (methanogenen, bacteriën en blauwgroene algen). Ze worden beschouwd als de eenvoudigste levensvormen op aarde, hoewel er zelfs op dat ogenblik al diversiteit bestond. Dat betekent dat onze gemeenschappelijke voorouders tussen 3,5 en 3,8 miljard jaar geleden ontstonden, samen met andere vormen die werden uitgeroeid.
In die tijd was er weinig of geen moleculaire zuurstof in de atmosfeer. De organismen die toen bestonden hadden geen zuurstof nodig. Meer nog, ze zouden erdoor gedood zijn. Ze groeiden door waterstof te oxideren en koolstofdioxide tot methaan te reduceren. Men heeft geopperd dat deze organismen soortgelijk geweest moeten zijn aan de huidige extremofiele archaeabacteriën, die aan te treffen zijn in de zeer hete omgeving van vulkanische openingen. Ze halen hun energie niet uit zuurstof, maar door de omzetting van zwavel in waterstofsulfide.
"Men kan zich voorstellen," schrijft Richard Dickerson, "dat voordat levende cellen tot ontwikkeling kwamen, de primitieve oceaan krioelde van druppeltjes die over bijzondere chemische eigenschappen beschikten die gedurende een geruime tijd overleefden en vervolgens opnieuw verdwenen." Hij gaat verder:
"De druppeltjes die louter toevallig katalysatoren bevatten die in staat waren om 'nuttige' polymerisaties op te wekken, zouden langer overleven dan andere; de kans op overleving zou volledig samenhangen met de complexiteit en doeltreffendheid van hun 'metabolisme'. Door de eeuwen heen zou er zich een sterke chemische selectie voordoen voor de druppeltjes die het vermogen in zich droegen om moleculen en energie uit hun omgeving te trekken en ze op te nemen in bepaalde substanties. Deze substanties zouden niet alleen het overleven van de moederdruppeltjes bevorderen, maar ook dit van de dochterdruppeltjes waarin de ouders uiteen gevallen waren toen ze te groot werden. Dit is nog geen leven, maar het komt wel in de buurt".
Door het gebrek aan fossiel bewijsmateriaal moeten we de organisatie van moderne cellen onderzoeken om licht te werpen op hun oorsprong. De eenvoudigste levensvormen hebben een genetisch apparaat nodig dat nucleïnezuren bevat om zich te kunnen voortplanten. Indien cellen de basiseenheid van het leven vormen, kunnen we er zo goed als zeker van zijn dat de oorspronkelijke organismen nucleïnezuren bevatten of daar nauw mee verbonden polymeren. Bacteriën bijvoorbeeld bestaan uit een enkele cel en vormen waarschijnlijk het prototype van alle levende cellen.
De bacterie Escherichia coli (E. coli) is zo klein dat een volume van een kubieke centimeter een miljoen keer een miljoen van haar cellen kan bevatten. Ze beschikt over een celwand, een membraan, dat essentiële moleculen samenhoudt; ze selecteert ook nuttige moleculen van buiten de cel en neemt ze op. Ze behoudt het evenwicht tussen de cel en haar omgeving. Het belangrijkste metabolisme van de cel vindt plaats in het membraan, waar honderden chemische reacties plaatsgrijpen die de voedingsstoffen in de omgeving gebruiken om te groeien en tot ontwikkeling te komen. De bacterie E. coli plant zich om de twintig minuten voort. Deze unieke transformatie binnen de cel wordt mogelijk gemaakt door een groep moleculen, enzymen genaamd. Dit zijn katalysatoren die de chemische reactie versnellen zonder hier zelf bij te veranderen in de loop van het proces. Ze werken herhaaldelijk en zetten voortdurend voedingsstoffen om in producten.
Voortplanting is een essentieel onderdeel van het leven. Bij celdeling wordt er een reeks identieke dochtercellen gecreëerd. Het mechanisme voor duplicatie, om nieuwe proteïnemoleculen te maken met identiek dezelfde onderdelen als de ouderlijke cel, zit gecodeerd in de nucleïnezuren. Deze zijn uniek omdat alleen zij, met behulp van bepaalde enzymen, in staat zijn zichzelf direct voort te planten. Het DNA (desoxyribonucleïnezuur) bevat alle informatie die nodig is om de synthese van nieuwe proteïnen te sturen. Het DNA kan dit echter niet rechtstreeks doen, maar treedt op als een 'origineel', waarvan messenger RNA-kopieën (ribonucleïnezuur) worden gemaakt, die de informatie over de sequentie dragen naar het synthesesysteem. Dit staat bekend als de genetische code. Nucleïnezuren kunnen zich niet vermenigvuldigen zonder enzymen, en enzymen kunnen niet gemaakt worden zonder nucleïnezuur. Ze moeten samen tot ontwikkeling zijn gekomen. Waarschijnlijk waren in de oorspronkelijke 'soep' van elementen RNA-moleculen aanwezig die ook enzymen waren, die zich ontwikkelden op basis van natuurlijke selectie. Dergelijke RNA-enzymen kwamen samen om een spiraal te vormen en werden de basis voor zichzelf duplicerend RNA. De genetische replicatie verloopt evenwel niet zonder toevallige fouten. Bij de bacterie E. coli is er een gemiddelde foutgraad van één op 10 miljoen kopieën van baseparen. In de loop van miljoenen generaties kunnen dergelijke fouten (mutaties) weinig effect hebben, maar anderzijds kunnen ze ook leiden tot diepgaande veranderingen in het organisme en op basis van natuurlijke selectie de aanzet geven tot de vorming van nieuwe soorten.
Het volgende stadium in de organische evolutie was de ontwikkeling van andere polymeren - een combinatie van moleculen - gegroepeerd in hele families. Er was een structuur nodig om de moleculen samen te houden: een semipermeabel celmembraan. Celmembranen zijn complexe structuren, die balanceren tussen een vaste en vloeibare toestand. Kleine veranderingen in de samenstelling van het membraan kunnen kwalitatieve veranderingen veroorzaken, zoals Chris Langton verklaart: "Trek er ook maar een heel klein beetje aan, verander het cholesterolgehalte een beetje of de verhouding aan vetzuren, laat een enkele eiwitmolecule zich met een receptor aan het membraan hechten, en je kunt grote veranderingen, biologisch nuttige veranderingen veroorzaken".
Fotosynthese en seksuele voortplanting
Zoals blijkt uit het voorgaande, is de evolutie van de cel een relatief ontwikkeld stadium in de organische evolutie. Naarmate de overvloedige elementen van de biotische soep uitgeput raakten, werd het noodzakelijk om wateroplosbare organische materialen vanuit de atmosfeer te ontwikkelen. Gisting was de eenvoudigere maar minder efficiënte vorm van metabolisme en de volgende stap bestond uit fotosynthese. De speciale chlorofylmolecule had zich ontwikkeld. Dit liet levende organismen toe om zonne-energie op te vangen voor de synthese van organische moleculen. De eerste organismen die fotosynthese toepasten, trokken zich terug uit de competitie voor de steeds schaarser wordende natuurlijke energierijke moleculen en vormden zichzelf om tot primaire producenten. Zodra het proces van fotosynthese werd bereikt, was de toekomst van het leven verzekerd. Vanaf het ogenblik dat het ontstaat en voldoende zuurstof voortbrengt, wordt ademhaling mogelijk. Zodra de fotosynthese van start ging, zette ze in overeenstemming met de wetten van de natuurlijke selectie, haar stempel op alle daaropvolgende levende zaken, en ze was hierbij ongetwijfeld zo succesvol dat ze alle vroegere levensvormen uitschakelde.
Deze ontwikkeling is een kwalitatieve sprong. De daaropvolgende evolutie naar complexere vormen is een lang uitgesponnen proces dat uiteindelijk uitmondde in een nieuwe tak van het leven, cellen met een kern. Aan de top van de eukaryotische boom verschijnen gelijktijdig verschillende takken, zoals planten, dieren en schimmels. Volgens de Amerikaanse moleculaire bioloog Mitchell Sogin beïnvloedde de hoeveelheid zuurstof de snelheid van de evolutie. De chemische samenstelling van oude gesteenten wijst erop dat de atmosferische zuurstof toenam in relatief aparte stappen, gescheiden door lange periodes van stabiliteit. Sommige biologen geloven dat de uitbarsting van het leven veroorzaakt geweest kan zijn door zuurstof dat een bepaald niveau bereikte.
De eukaryoten pasten zich volledig aan de zuurstof aan en ondergingen weinig verandering. Het ontstaan van deze revolutionaire nieuwe levensvorm liet het bestaan toe van ontwikkelde seksuele voortplanting, die op haar beurt de snelheid van de evolutie deed toenemen. Terwijl de prokaryoten slechts uit twee groepen organismen bestonden, de bacteriën en de blauwgroene algen (deze laatste brachten zuurstof voort op basis van fotosynthese), bestaan de eukaryoten uit alle planten, alle diersoorten en schimmels. De seksuele voortplanting was alweer een kwalitatieve sprong. Hiervoor moet het genetische materiaal worden opgeslagen binnen de kern. Seksuele voortplanting maakt het vermengen van genen tussen twee cellen mogelijk, waardoor de kansen op variatie veel groter worden. Bij de voortplanting smelten de chromosomen van eukaryote cellen samen en vormen ze nieuwe cellen. Natuurlijke selectie dient voor het bewaren van de nuttige genetische varianten in de genenpoel.
Voortplanting is een van de sleutelaspecten van het leven. Alle dierlijke en plantaardige cellen hebben dezelfde interne basisstructuren. Voortplanting en de overdracht van ouderlijke eigenschappen (erfelijkheid) vinden plaats door het versmelten van geslachtscellen, de eicel en de zaadcel. Het genetische materiaal, DNA, waardoor de eigenschappen van de levensvormen van de ene generatie op de andere worden overgedragen, wordt bewaard in de kern van alle cellen. De celstructuur, die bestaat uit cytoplasma, bevat ook een aantal miniatuurorganen, organellen genaamd. De structuur van sommige organellen is identiek aan bepaalde bacteriën, wat erop lijkt te wijzen dat cellen het resultaat zijn van deze ooit onafhankelijke organellen, met hun eigen DNA, die zich met elkaar verbonden en zo een samenwerkend geheel vormden. In de jaren '70 werden microtubuli ontdekt. Dit zijn proteïnestokjes die elke cel vullen als een interne steiger. Dit interne 'skelet' geeft vorm aan de cel en lijkt een rol te spelen in de circulatie van proteïne-en plasmaproducten. De komst van de eukaryote of kerncel was zo'n 1.500 miljoen jaar geleden een biologische revolutie.
Uit aseksuele knopvorming en celdeling ontstond seksuele voortplanting. Door een dergelijke vooruitgang kon het erfelijke materiaal van twee individuen vermengd worden, zodat de nakomelingen zouden verschillen van de ouders. Dit verschafte de variatie waarop de natuurlijke selectie kon inwerken. In de kern van elke dierlijke en plantaardige cel wordt het DNA geordend in chromosomenparen. Deze chromosomen dragen de genen die de individuele eigenschappen bepalen. Hoewel de nieuwe nakomelingen de eigenschappen van hun ouders combineren, verschillen ze er toch van. Het lijkt erop dat de oorsprong van seksuele voortplanting samenhangt met primitieve organismen die elkaar opnemen door ingestie. Het genetische materiaal van twee individuen werd samengebracht, waardoor een organisme ontstond met twee sets chromosomen. Het grotere organisme splitste vervolgens in twee delen met het juiste aantal chromosomen. Er bestonden enkelvoudige en dubbele chromosomen, maar na verloop van tijd werd de dubbele toestand de normale bestaanswijze van dieren en planten. Dit legde de basis voor meercellige organismen.
Ongeveer 700 tot 680 miljoen jaar geleden verschenen de eerste metazoa. Dit waren complexe meercellige organismen die zuurstof nodig hadden voor hun groei. Gedurende die periode nam de zuurstofhoeveelheid in de atmosfeer voortdurend toe en bereikte ze amper 140 miljoen jaar geleden het huidige niveau. De processen die werkzaam zijn in de evolutie vertonen een duidelijk dialectisch karakter: langdurige periodes van geleidelijke kwantitatieve veranderingen worden onderbroken door plotse explosies. Een dergelijke periode deed zich ongeveer 570 miljoen jaar geleden voor.
De Cambrische explosie
...
Ted Grant en Alan Woods [bron: https--www.vonk.org/boeken/de-rede-in-opstand-marxistische-filosofie-en-moderne-wetenschappen/11.-hoe-het-leven-ontstond.html]
--- Over (foto 2): Aula ---
De Aula-reeks is een populair-wetenschappelijke boekenreeks die in 1957 werd gestart door Uitgeverij Het Spectrum in Utrecht als wetenschappelijkere versie van de Prisma Pockets naar het voorbeeld van de Engelse Pelican Books. De reeks omvatte ruim 700 pockets over mens- en natuurwetenschappen, kunst en filosofie.
Het betreft de volgende uitgaven:
...
[bron: wikipedia]
--- Over (foto 3): Ralph Buchsbaum ---
Ralph Morris Buchsbaum (January 2, 1907 - February 11, 2002) was an American zoologist, invertebrate biologist, and ecologist. His book Animals Without Backbones, first published in 1938, was the first textbook in biology to be reviewed by Time and featured in Life. It has gone through several revisions and is still in print, and has been widely used as a textbook. It was still being used as of 2013.
Due to his 1938 book, Buchsbaum became known as a popularizer of science. In 1952 he founded the Boxwood Press, which published his own and others' science books. He also made a series of 29 educational films on biology for the Encyclopædia Britannica, and visited Thailand, Ecuador, Ghana, and India, where he helped develop educational curricula in biology.
Buchsbaum was born in 1907, in Chickasha, Indian Territory, now part of Oklahoma. He earned his Ph.D. in zoology from the University of Chicago in 1932 and continued there as a faculty member until 1950, when he moved to the University of Pittsburgh.
Buchsbaum married Mildred Shaffer (University of Chicago SB 1932, SM 1933). She was a research assistant who worked on anti-leukemia drugs. The Buchsbaums had two children, a daughter Vicki and a son Monte. John Pearse was their son-in-law.
In 1952, he founded the Boxwood Press to publish his laboratory guide and later expanded into publishing other books, mostly about science. Mildred Shaffer Buchsbaum was an editor for the company. She died January 16, 1996; she was 83.
Although he is remembered for his books, his research was mainly in tissue culture. Ralph and Mildred Buchsbaum were the first to create chimeras between the green alga Chlorella and chick fibroblast cells (Science 80: 408-409, 1934). He worked closely with Harold Urey to find a way to use the ratio of oxygen isotopes to determine temperatures in previous eras (Bull. Geol. Soc. Amer. 64: 1315-1326, 1953). (See Oxygen isotope ratio cycle.)
He retired from the university in 1972 but continued to write and run the Boxwood Press. He died February 11, 2002, in Pacific Grove, California, of heart failure. His son, Monte Buchsbaum, will run the Boxwood Press.
Works: Books
Ralph Buchsbaum wrote or co-wrote at least fourteen books., including these:
- The first two revisions were published in Pelican editions of two volumes and had illustrations by Elizabeth Buchsbaum Newhall, whose drawings of planaria inspired M.C. Escher.
- The third edition combined the two volumes. Vicki Pearse & John Pearse were added as co-authors along with Mildred Buchsbaum. Some illustrations were modified by Mildred Waldtrip. The text was extensively revised to reflect recent research and the bibliography was updated. (Third edition, University of Chicago Press: Chicago and London, 1987. 572 pages. Cloth ISBN 0-226-07873-6, paperback ISBN 0-226-07874-4.)
Edited:
Films
Buchsbaum made twenty-nine educational films for the Encyclopædia Britannica Education Corporation and supplied photographs and photomicrographs for them. Titles include these:
Papers
Collaboration with Harold Urey:
Books published by Boxwood Press
Boxwood published many titles in biology and natural history, as well as in history, biography, and other subject areas. They include these:
[source: wikipedia]
Biography of R. Buchsbaum
Ralph Morris Buchsbaum (January 2, 1907 - February 11, 2002) was an American zoologist, invertebrate biologist, and ecologist. His book Animals Without Backbones, first published in 1938, was the first textbook in biology to be reviewed by Time and featured in Life. It has gone through several revisions and is still in print, and has been widely used as a textbook. It is still being used as of 2013. Due to his 1938 book, Buchsbaum became known as a popularizer of science. In 1952 he founded the Boxwood Press, which published his own and others' science books. He also made a series of 29 educational films on biology for the Encyclopidia Britannica, and visited Thailand, Ecuador, Ghana, and India, where he helped develop educational curricula in biology
o one had ever assembled a biology textbook quite like Animals Without Backbones. Its photographs, by author Ralph Buchsbaum, showed jellyfishes, flatworms, spiders, corals and other invertebrates in their natural habitats, and the text was easy to understand. Its publication in 1938 was met with great acclaim and, by the time Dr. Buchsbaum joined the University of Pittsburgh faculty in 1950, he enjoyed a measure of fame as a popularizer of natural science. "It was a very, very good book," said Juan J. Parodiz, curator emeritus of invertebrate zoology at the Carnegie Museum of Natural History. "I've got a copy of it in my lab." Dr. Buchsbaum, an innovative teacher and a pioneer in the use of time-lapse photography, died of heart failure Feb. 11 in Pacific Grove, Calif. He was 95. He was born in Chickasha, Indian Territory, in 1907, the year before Oklahoma became a state. His family eventually settled in Gary, Ind., where his father was a pathologist. He attended the University of Chicago, where he earned a doctorate in zoology in 1932. As a young faculty member at the University of Chicago, Dr. Buchsbaum developed innovative teaching methods for undergraduate biology and wrote Animals Without Backbones, or AWB as he would later call it. His wife, Mildred, was a co-author. In addition to Dr. Buchsbaum's photographs from his extensive travels, the book featured illustrations by his sister, Elizabeth. The text was used widely in college classes and sold hundreds of thousands of copies. An updated version was published in 1987. Dr. Buchsbaum became a pioneer in combining microscopy of living cell organelles with time-lapse photography. He would go on to develop a series of educational films on natural history for Encyclopedia Britannica Films. After being recruited to the University of Pittsburgh, he published another popular book, Basic Ecology, in 1957. In that book, too, he took a well known aspect of biology and explained it so that nonacademic readers could understand it, anticipating the interest in the environment that would blossom during the following decade. "When nature causes man a problem, it's best to consult nature before deciding on a solution," Dr. Buchsbaum told The Pittsburgh Press when the ecology book was published. As a Fulbright professor in Bangkok, Thailand, in 1963 and, later, in Quito, Ecuador, Dr. Buchsbaum consulted on the development of biology curricula. He was also a U.N. consultant on education in Africa and India. He also saw to it that other people got published, starting his own company, Boxwood Press. (The name derived from the English translation of his family name.) The company published a wide variety of books, from teaching manuals to poetry by Sam Hazo. Dr. Buchsbaum retired from Pitt in 1972 and moved to Pacific Grove, Calif., where he continued writing and editing. He was active in Friends of the Sea Otter and was honorary director of Defenders of Wildlife. Byron Spice, Science Editor, Post-Gazette - Edit
Books and Publications by R. Buchsbaum
[source: https--www.conchology.be/?t=9001&id=13885]
||door: Aula, Ralph Buchsbaum
||taal: nl
||jaar: 1972
||druk: 2e druk
||pag.: 229p
||opm.: pocket|gelezen|+gekaft
||isbn: 90-274-5107-9
||code: 1:002180
--- Over het boek (foto 1): de ongewervelde dieren 1-2 ---
Animals Without Backbones has been considered a classic among biology textbooks since it was first published to great acclaim in 1938. It was the first biology textbook ever reviewed by Time and was also featured with illustrations in Life. Harvard, Stanford, the University of Chicago, and more than eighty other colleges and universities adopted it for use in courses. Since then, its clear explanations and ample illustrations have continued to introduce hundreds of thousands of students and general readers around the world to jellyfishes, corals, flatworms, squids, starfishes, spiders, grasshoppers, and the other invertebrates that make up ninety-seven percent of the animal kingdom. This new edition has been completely rewritten and redesigned, but it retains the same clarity and careful scholarship that have earned this book its continuing readership for half a century. It is even more lavishly illustrated than earlier editions, incorporating many new drawings and photographs. Informative, concise legends that form an integral part of the text accompany the illustrations. The text has been updated to include findings from recent research. Eschewing pure morphology, the authors use each group of animals to introduce one or more biological principles. In recent decades, courses and texts on invertebrate zoology at many universities have been available only for advanced biology majors specializing in this area. The Third Edition of Animals Without Backbones remains an ideal introduction to invertebrates for lower-level biology majors, nonmajors, students in paleontology and other related fields, junior college and advanced high school students, and the general reader who pursues the rewarding study of the natural world.
[source: https--www.bol.com]
De rede in opstand: marxistische filosofie en moderne wetenschappen - 11. Hoe het leven ontstond
Inhoudsopgave
De rede in opstand: marxistische filosofie en moderne wetenschappen
Voorwoord
1. Inleiding
2. Filosofie en religie
3. Dialectisch materialisme
4. Formele logica en dialectiek
5. Revolutie in de fysica
6. Onzekerheid en idealisme
7. Relativiteitstheorie
8. De pijl van de tijd
9. De Big Bang
10. De dialectiek van de geologie
11. Hoe het leven ontstond
12. De revolutionaire geboorte van de mens
13. Het ontstaan van bewustzijn
14. Marxisme en darwinisme
15. Zelfzuchtige genen?
16. Kwantiteit en kwaliteit in de wiskunde
17. Chaostheorie
18. Kennistheorie
19. Vervreemding en de toekomst van de mensheid
Bibliografie
...
11. Hoe het leven ontstond
Oparin en Engels
"Wat we vandaag niet weten, zullen we morgen weten." Deze eenvoudige stelling ligt aan de basis van de conclusie van een wetenschappelijke verhandeling over de Oorsprong van het leven, geschreven door de Russische bioloog Aleksandr Ivanovich Oparin in 1924. Het was de eerste keer dat een moderne beschouwing van het onderwerp werd ondernomen en het opende een nieuw hoofdstuk in het begrijpen van het leven. Het was geen toeval dat Oparin, als materialist en dialecticus, dit onderwerp vanuit een origineel perspectief benaderde. Dit was een stoutmoedig begin, aan de prille vooravond van de biochemie en moleculaire biologie, en het werd in 1929 onafhankelijk ervan geruggensteund door de bijdrage van de Britse bioloog J.B.S. Haldane (1892-1964), ook een materialist. Dit werk bracht de hypothese van Oparin-Haldane voort, waarop het daaruit volgende begrip over het ontstaan van het leven is gebaseerd. Asimov schrijft hierover het volgende: "Hierin werden voor de eerste keer in detail de problemen over de oorsprong van het leven behandeld vanuit een volledig materialistische benadering. Aangezien de Sovjetunie niet gehinderd wordt door religieuze scrupules waaraan de westerse naties zich gebonden voelen, is dit misschien niet verwonderlijk".
Oparin erkende steeds dat hij Engels veel verschuldigd was en maakte geen geheim van zijn filosofische overtuiging: "Dit probleem (over het ontstaan van het leven) heeft steeds centraal gestaan in een bitter conflict tussen ideeën van twee onverzoenlijke filosofische scholen: het conflict tussen idealisme en materialisme", schrijft Oparin.
"Er ontplooit zich een volledig nieuw perspectief voor ons indien we proberen op een dialectische manier een oplossing voor het probleem te zoeken in plaats van op een metafysische, op basis van een studie van de opeenvolgende veranderingen in de materie die het verschijnen van het leven voorafgingen en aanleiding gaven tot het ontstaan ervan. Materie blijft nooit in rust, beweegt en ontwikkelt zich voortdurend, en tijdens deze ontwikkeling verandert het van de ene bewegingsvorm in de andere, waarbij elkeen ingewikkelder en harmonieuzer is dan de voorafgaande. Het leven blijkt dus een bijzonder gecompliceerde vorm van de beweging van materie, dat ontstaat als een nieuwe eigenschap in een welbepaald stadium in de algemene ontwikkeling van de materie."
"Reeds op het einde van de vorige eeuw wees Friedrich Engels erop dat de studie van de geschiedenis van de materie veruit de meest hoopgevende manier is om een oplossing te vinden voor het probleem van het ontstaan van het leven. Deze ideeën van Engels werden echter niet voldoende weerspiegeld in het wetenschappelijke denken van zijn tijd."
Engels was in wezen correct toen hij het leven beschreef als de bewegingswijze van proteïnen. Vandaag kunnen we daar echter aan toevoegen dat het leven de functie is van de wederzijdse reacties van nucleïnezuren en van proteïnen. Zoals Oparin verklaarde: "F. Engels gebruikte net als de biologen van zijn tijd vaak de termen 'protoplasma' en 'eiwithoudende lichamen'. De 'proteïnen' van Engels mogen daarom niet verward worden met de chemisch onderscheiden substanties die we nu geleidelijk hebben kunnen afzonderen van levende dingen, noch met de gezuiverde proteïnebereidingen die zijn samengesteld uit een mengsel van pure proteïnen. Toch was Engels ver vooruit op de ideeën van zijn tijd, wanneer hij, als hij het over proteïnen had, vooral de chemische aspecten van de materie op de voorgrond plaatste en tevens de nadruk legde op het belang van proteïnen in het metabolisme, die de beweging van de materie vormen, zo eigen aan het leven."
"Het is pas nu dat we langzaamaan in staat zijn de opmerkelijke wetenschappelijke scherpzinnigheid van Engels naar waarde te schatten. De vooruitgang in de chemie van proteïnen die nu plaatsvindt, liet ons toe proteïnen te beschrijven als individuele chemische verbindingen, als polymeren van aminozuren met extreem specifieke structuren". J.D. Bernal geeft een alternatief op de definitie van Engels van het leven als "een gedeeltelijke, continue, progressieve, veelvormige en voorwaardelijk interactieve zelfverwezenlijking van de het potentiële vermogen van atomaire elektronentoestanden".
Hoewel de hypothese van Oparin-Haldane de basis legde voor een studie van het ontstaan van het leven, als een tak van de wetenschap, is het correcter om dit toe te schrijven aan de revolutie in de biologie in het midden van de 20e eeuw. De theorieën over de oorsprong van het leven zijn in grote mate speculatief. Er zijn geen sporen van te vinden in het fossielenmateriaal. We hebben hier te maken met de meest eenvoudige en meest elementaire levensvormen die maar mogelijk zijn, overgangsvormen die helemaal niet leken op de levende zaken die we vandaag aantreffen, maar die desondanks de beslissende sprong vertegenwoordigden van anorganische naar organische materie. Misschien is het correcter, zoals Bernal het stelt, om te spreken over de oorsprong van levensprocessen in plaats van de oorsprong van het leven.
Engels legt uit dat de darwinistische revolutie "de kloof tussen de anorganische en organische natuur tot een minimum herleidde, maar een van de grootste moeilijkheden wegnam die eerder in de weg had gestaan van de theorie over de herkomst van organismen. Het nieuwe begrip van de natuur was wat zijn belangrijkste kenmerken betrof, volledig; alle starheid was eruit, alle vastheid was verdwenen, alle eigenaardigheden waarvan men dacht dat ze altijd zouden blijven bestaan, werden van voorbijgaande aard, er werd aangetoond dat de hele natuur beweegt in een eeuwige stroom en een cyclische koers". De wetenschappelijke ontdekkingen die sindsdien zijn gedaan, hebben deze revolutionaire doctrine nog versterkt.
Oparin trok de conclusie dat de oorspronkelijke atmosfeer van de aarde volledig verschilde van die van vandaag. Hij voerde aan dat in afwezigheid van zuurstof, de atmosfeer reducerend in plaats van oxiderend werkt. Oparin stelde dat de organische moleculen waarvan het leven afhankelijk is, zich spontaan in een dergelijke atmosfeer vormden onder invloed van ultraviolette straling van de zon. J.B.S. Haldane was onafhankelijk tot soortgelijke conclusies gekomen:
"De zon was misschien iets feller dan nu, en aangezien er geen zuurstof in de atmosfeer was, werden de chemisch actieve ultraviolette stralen van de zon niet zoals nu voornamelijk tegengehouden door de ozon (een gewijzigde vorm van zuurstof) in de hogere atmosfeer, en door zuurstof zelf meer naar beneden toe. Ze drongen door tot het oppervlak van de aarde en de zee, of op zijn minst tot de wolken. Wanneer ultraviolet inwerkt op een mengsel van water, koolstofdioxide en ammoniak, worden een grote variëteit organische materialen gemaakt, met inbegrip van suikers en blijkbaar sommige van de materialen waaruit proteïnen zijn samengesteld".
...
Hoe ontstond het leven?
Er is geen ander onderwerp van zo'n groot belang voor ons dan de vraag hoe het leven, het gevoel en denkende wezens ontstonden uit anorganische materie. Dit raadsel heeft de menselijke geest vanaf de vroegste tijden beziggehouden en werd op verschillende manieren beantwoord. We kunnen ruw gezien drie categorieën onderscheiden:
1e theorie: God schiep al het leven, ook de mens
2e theorie: het leven ontstond uit anorganische materie, door spontane ontwikkeling, zoals maden uit rottend vlees, of kevers uit een mesthoop (Aristoteles)
3e theorie: het leven kwam van een meteoriet vanuit de ruimte, die op aarde viel en vervolgens tot ontwikkeling kwam.
Deze omzetting van anorganische naar organische materie is een relatief recente visie. De theorie van spontane ontwikkeling daarentegen - dat het leven ontstond vanuit het niets - kent een lange geschiedenis. Het geloof in spontane ontwikkeling komt uit het oude Egypte, Indië en Babylon. Men kan het lezen in de geschriften van de oude Grieken: "Hier ontstaan maden uit mest en rottend vlees, hier vormen luizen zich van menselijk zweet, hier worden vuurvliegjes geboren uit de vonken van een brandstapel en, ten slotte, komen kikkers en muizen voort uit de dauw en dampen van de aarde (...) Voor hen was spontane ontwikkeling eenvoudig en voor de hand liggend, een empirisch vastgesteld feit waarvan de theoretische basis van secundair belang was", schrijft Oparin. Veel hiervan hing nauw samen met religieuze legenden en mythen. De benadering van de vroege Griekse filosofen daarentegen vertoonde een materialistisch karakter.
Het was de idealistische visie van Plato (ook uitgedrukt door Aristoteles) die spontane ontwikkeling een bovennatuurlijke eigenschap verleende en die later de basis vormde voor de middeleeuwse wetenschappelijke cultuur en gedurende eeuwen een overheersende invloed uitoefende op de geesten van de mensen. Materie bevat geen leven, maar is er wel bezield van. Via de Griekse en Romeinse filosofische scholen werd dit door de vroege christelijke Kerk ontleend en verder uitgewerkt om hun mystieke opvatting over de oorsprong van het leven te ontwikkelen. Sint Augustinus zag in de spontane ontwikkeling een uitdrukking van goddelijke wil, het opwekken van inerte materie door de 'levenscheppende geest'. Lenin wees erop dat de scholastici en clerici datgene aangrepen in Aristoteles wat dood was, en niet datgene wat nog leefde. Later werd het door Thomas Van Aquino uitgewerkt in overeenstemming met de leer van de Katholieke Kerk. Een vergelijkbaar standpunt wordt aangenomen door de oosterse Kerken. Dimitrii, de bisschop van Rostov, verklaarde in 1708 dat Noah de dieren die in staat waren tot spontane ontwikkeling, niet meenam in zijn ark: "Zij kwamen allemaal om in de zondvloed, en na de zondvloed herrezen ze opnieuw uit dergelijke beginselen." Dit geloof domineerde de westerse samenleving tot in het midden van de 19e eeuw.
In zijn lezing in Edinburgh in 1868 legde de grote T.H. Huxley voor het eerst uit dat het leven één gemeenschappelijke fysische basis had: protoplasma. Hij benadrukte dat het functioneel, formeel en substantieel hetzelfde was over de hele waaier van levende wezens. Tijdens hun levensloop vertonen alle organismen beweging, groei, metabolisme en reproductie. Qua vorm bestaan ze uit cellen met een kern; qua inhoud zijn ze samengesteld uit proteïnen, een chemische verbinding van koolstof, waterstof, zuurstof en stikstof. Dit brengt de onderliggende eenheid van het leven treffend aan het licht.
De Franse wetenschapper Louis Pasteur, de vader van de microbiologie, bracht in een reeks van experimenten de theorie van spontane ontwikkeling definitief in diskrediet. "Leven kan enkel voortkomen uit leven", zei Pasteur. De ontdekkingen van Pasteur brachten de orthodoxe opvatting van spontane ontwikkeling een reusachtige opdoffer toe. De verdere triomf van de evolutietheorie van Darwin dwong de vitalisten (het idee van de 'levenskracht') om de oorsprong van het leven met nieuwe ogen te herbekijken. Van nu af aan bestond hun argument ter verdediging van het idealisme uit het feit dat het onmogelijk was dit fenomeen te begrijpen op basis van materialisme.
Reeds in 1907 bracht de Zweedse scheikundige Svente Arrhenius (1859 - 1927) in zijn boek Worlds in the Making de theorie van de panspermie naar voren, met als besluit dat indien het leven zich niet spontaan kon ontwikkelen op aarde, het wel van andere planeten moest komen. Hij had het over sporen die door de ruimte reisden om leven te 'zaaien' op andere planeten. Elke levensspore die in onze atmosfeer terecht zou komen, zou echter net als meteorieten opbranden. Als antwoord op deze kritiek stelde Arrhenius dat het leven daarom eeuwig was en geen oorsprong had. Het bewijsmateriaal sprak zijn theorie evenwel tegen. Er werd aangetoond dat het bestaan van ultraviolette stralen in de ruimte zeer snel alle bacteriologische sporen zou vernietigen. In 1966 werden bijvoorbeeld micro-organismen, geselecteerd op basis van hun taaiheid, op de ruimtecapsule Gemini 9 geplaatst en blootgesteld aan de straling van de ruimte. Ze hielden het zes uur uit. Meer recent dacht Fred Hoyle dat het leven op aarde werd gebracht in de staart van kometen. Dit idee werd in een nieuw kleedje gestoken door Francis Crick en Leslie Orgel, die suggereerden dat de aarde opzettelijk werd bezaaid door intelligent leven vanuit de ruimte! Dergelijke theorieën verklaren echter niets. Zelfs indien we aanvaarden dat het leven op aarde afkomstig is van een andere planeet, is dit nog altijd geen antwoord op de vraag hoe het leven ontstond, maar verplaatst men deze gewoon naar een andere plaats - naar de hypothetische planeet van de oorsprong.
Het is niet nodig om in de ruimte te reizen om een rationele verklaring te vinden voor de oorsprong van het leven. De oorsprong van het leven kan gevonden worden in de processen die werkzaam waren in de natuur van onze eigen planeet meer dan 3,5 miljard jaar geleden, in zeer bijzondere omstandigheden. Dit proces kan niet herhaald worden, omdat ieder van dergelijke organismen zou worden overgeleverd aan de genade van bestaande levensvormen, die er meteen korte metten zouden mee maken. Het kon enkel ontstaan op een planeet waar er geen leven bestond en waar er eveneens weinig zuurstof was, aangezien zuurstof zou reageren met de chemische substanties die nodig zijn om leven te creëren en die op die manier zou afbreken. De atmosfeer van de aarde bestond in die tijd hoofdzakelijk uit methaan, ammoniak en waterdamp. Experimenten in laboratoria hebben aangetoond dat een mengsel van water, ammoniak, methaan en waterstof, onderworpen aan ultraviolette stralen, twee eenvoudige aminozuren voortbrengt, met sporen van meer ingewikkelde. Op het einde van de jaren 1960 werden complexe moleculen aangetroffen in gaswolken in de ruimte. Daarom is het mogelijk dat zelfs in een zeer vroeg stadium van de vorming van de aarde, de elementen voor het ontstaan van leven, of bijna-leven, al aanwezig waren in de vorm van aminozuren. Recentere experimenten hebben definitief aangetoond dat de proteïnen en nucleïnezuren die aan de basis liggen van alle leven, konden ontstaan zijn uit normale chemische en fysische veranderingen die plaatsvonden in de 'oersoep'.
Volgens Bernal maakt de eenheid van het leven deel uit van de geschiedenis van het leven, en is ze bijgevolg betrokken in zijn oorsprong. Alle biologische fenomenen worden geboren, komen tot ontwikkeling en sterven in overeenstemming met natuurkundige wetten. De biochemie heeft aangetoond dat alle leven op aarde hetzelfde was op chemisch vlak. Ondanks de enorme verschillen tussen de soorten duikt het basismechanisme van enzymen, co-enzymen en nucleïnezuren overal op. Tegelijkertijd vormt het een verzameling van identieke deeltjes die bijeengehouden worden door de principes van zelfopbouw in de meest uitgewerkte structuren.
De revolutionaire geboorte van het leven
Het wordt nu stilaan duidelijk dat de aarde in zijn beginperiode niet op dezelfde manier functioneerde als vandaag. De samenstelling van de atmosfeer, het klimaat en het leven zelf ontwikkelden zich via een proces van tumultueuze veranderingen, met plotse sprongen en allerlei transformaties, maar eveneens met terugvallen. De evolutie van de aarde en het leven zelf verliep helemaal niet in een rechte lijn, maar zit vol tegenstellingen. De eerste periode van de geschiedenis van de planeet, die bekend staat als het Archeozoïcum, duurde tot 2,5 miljard jaar geleden. Aanvankelijk bestond de atmosfeer hoofdzakelijk uit koolstofdioxide, ammoniak, water en stikstof, maar was er geen vrije zuurstof. Voor dit punt was er geen leven op aarde. Hoe ontstond het dan?
Zoals we hebben gezien, geloofden geologen tot in het begin van de 20e eeuw dat de aarde een heel beperkte geschiedenis had. Slechts geleidelijk aan werd het duidelijk dat de geschiedenis van de planeet veel ouder was en dat ze bovendien gekenmerkt werd door voortdurende en soms rampzalige veranderingen. We zien een soortgelijk fenomeen bij de veronderstelde ouderdom van het zonnestelsel, dat veel ouder blijkt te zijn dan eerst werd aangenomen. Het volstaat te zeggen dat de technologische vooruitgang na de Tweede Wereldoorlog, vooral de ontdekking van radioactieve datering, de basis legde voor veel nauwkeurigere metingen en zorgde voor een reusachtige stap voorwaarts in ons begrip van de evolutie van onze planeet.
Vandaag kunnen we stellen dat de aarde meer dan 4,5 miljard jaar geleden een vaste planeet werd. Voor het alledaagse denken lijkt dit een onvoorstelbaar lange tijd. Indien we echter praten over geologische tijd, hebben we te maken met volledig verschillende grootheden. Geologen werken gewoonlijk met miljoenen en miljarden jaren, net als wij denken in uren, dagen en weken. Men was verplicht een volledig andere tijdsschaal te ontwikkelen, die in staat was een dergelijke tijdspanne te behelzen. Het Precambrium sluit de 'vroege' stadia af van de geschiedenis van de aarde, en toch staat die roerige periode in voor 88 procent van de totale geschiedenis van de planeet. In vergelijking daarmee is de hele geschiedenis van de mensheid niet meer dan een schicht. Helaas kunnen we door de schaarsheid van het bewijsmateriaal uit deze periode geen gedetailleerder beeld krijgen van dit gebeuren.
Om de oorsprong van het leven te begrijpen, moeten we de samenstelling kennen van het vroege milieu en de atmosfeer van de aarde. Als we uitgaan van het waarschijnlijke scenario dat de planeet gevormd werd uit een stofwolk, dan zou ze hoofdzakelijk samengesteld geweest zijn uit waterstof en helium. Vandaag bevat de aarde grote hoeveelheden zwaardere elementen, zoals zuurstof en ijzer. De atmosfeer bestaat ruwweg uit 80 procent stikstof en 20 procent zuurstof. De reden hiervoor is dat het lichtere waterstof en helium ontsnapten uit de atmosfeer van de aarde en de zwaartekracht onvoldoende was ze te behouden. De grotere planeten met een grotere zwaartekracht, zoals Jupiter en Saturnus, hebben hun dichte atmosfeer van waterstof en helium behouden. Onze veel kleinere maan daarentegen, met haar kleine zwaartekracht, heeft haar volledige atmosfeer verloren.
De vulkanische gassen die de primitieve atmosfeer vormden, moeten water bevat hebben, naast methaan en ammoniak. We veronderstellen dat deze werden vrijgelaten vanuit het binnenste van de aarde. Dit zorgde ervoor dat atmosfeer verzadigd werd en er regen ontstond. Met de afkoeling van het aardoppervlak werden geleidelijk aan meren en zeeën gevormd. Men gelooft dat deze zeeën een prebiotische (voor-leven) 'soep' vormden, waarin de aanwezige chemische elementen onder invloed van ultraviolet licht van de zon met elkaar reageerden en complexe stikstofhoudende organische mengsels voortbrachten, zoals aminozuren. Deze inwerking van ultraviolet licht was mogelijk omdat er zich geen ozon in de atmosfeer bevond. Dit vormt de basis van de hypothese van Oparin en Haldane.
Alle leven is georganiseerd in cellen, met uitzondering van virussen. Zelfs de meest eenvoudige cel is een uiterst complex fenomeen. Volgens de standaardtheorie moet de hitte van de aarde zelf voldoende geweest zijn om complexe samenstellingen uit eenvoudige samenstellingen te laten voortkomen. De vroege levensvormen waren in staat om energie op te slaan afkomstig van de ultraviolette straling van de zon. Veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer sneden echter de aanvoer van ultraviolette stralen af. Bepaalde aggregaten, die de stof chlorofyl hadden ontwikkeld, konden gebruikmaken van het onzichtbare licht dat door de ozonlaag doordrong, die het ultraviolet filterde. Deze primitieve algen verbruikten kooldioxide en gaven zuurstof af, wat aanleiding gaf tot de vorming van de huidige atmosfeer.
In het hele verloop van de geologische tijd kunnen we de dialectische wisselwerking waarnemen tussen atmosferische en biosferische activiteit. Enerzijds kwam het grootste deel van de vrije zuurstof in de atmosfeer voort uit biologische activiteit (via het proces van fotosynthese in planten). Anderzijds ontketenden veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer, vooral dan de toename van de hoeveelheden aanwezige moleculaire zuurstof, belangrijke biologische vernieuwingen, die toelieten dat nieuwe levensvormen ontstonden en diversifieerden.
Hoe ontstond ongeveer 4 miljard jaar geleden de eerste levende cel uit de primordiale soep van aminozuren en andere eenvoudige cellen? De standaardtheorie, zoals ze in 1953 naar voren werd gebracht door de Nobelprijswinnaar chemie Harold Urey en zijn leerling Stanley Miller, stelt dat het leven spontaan ontstond in een vroege atmosfeer van methaan, ammoniak en andere chemicaliën, en geactiveerd werd door de bliksem. Verdere chemische reacties zouden de eenvoudige verbindingen van leven toelaten verder te evolueren in steeds complexere moleculen. Uiteindelijk zouden ze de dubbele DNA-spiraal voortbrengen, of het enkelvoudige RNA, die zich beide kunnen reproduceren.
De kans dat dit toevallig gebeurt, is uiterst klein, waar de creationisten maar al te graag op wijzen. Indien het ontstaan van het leven echt een toevallige gebeurtenis zou zijn geweest, dan zouden de creationisten een sterk argument hebben. Het zou een waar mirakel zijn! De basisstructuren van het leven en de genetische werking in het algemeen zijn afhankelijk van onvoorstelbaar complexe en gesofisticeerde moleculen: DNA en RNA. Om een enkele proteïnemolecule te maken zouden verschillende honderden bouwstenen van aminozuren in een welbepaalde orde gecombineerd moeten worden. Dit is een gigantische opdracht, zelfs in een laboratorium met de allernieuwste technieken. De kans dat zoiets toevallig zou plaatsvinden in een of andere kleine warme plas, is onvoorstelbaar klein.
Dit vraagstuk werd onlangs benaderd vanuit de invalshoek van de complexiteitstheorie, een uitloper van de chaostheorie. In zijn werk over genetica en complexiteit opperde Stuart Kauffman de mogelijkheid dat er een soort leven ontstond tengevolge van het spontane opduiken van orde uit de moleculaire chaos, door de natuurlijke werking van de wetten van de fysica en de chemie. Indien de primordiale soep voldoende rijk was aan aminozuren, zou het niet nodig zijn te wachten op willekeurige reacties. Een coherent, zichzelf versterkende ingewikkelde structuur van reacties zou zich gevormd kunnen hebben vanuit de verbindingen in de soep.
Door middel van katalysatoren zouden verschillende moleculen kunnen reageren en fuseren met elkaar en zodoende een, wat Kauffman noemt, 'autokatalytische verzameling' vormen. Op die manier zou de orde die uit de moleculaire chaos ontstaat, zich manifesteren als een groeiend systeem. Dit is nog niet het leven zoals we het vandaag kennen. Het zou geen DNA hebben, geen genetische code en geen celmembraan. Toch zou het bepaalde levenseigenschappen vertonen. Het zou bijvoorbeeld kunnen groeien. Het zou over een bepaald soort metabolisme beschikken, waarbij het een voortdurend aanbod van 'voedsel'-moleculen zou opnemen in de vorm van aminozuren en andere eenvoudige samenstellingen, die het aan zichzelf zou toevoegen. Het zou zelfs beschikken over een primitieve soort van reproductie en zichzelf over een groter gebied verspreiden. Dit idee, dat een kwalitatieve sprong voorstelt, of 'faseovergang' in de taal van de complexiteit, zou betekenen dat het leven niet het gevolg was van een toevallige gebeurtenis, maar van een inherente tendens in de natuur tot organisatie.
De eerste dierlijke organismen waren cellen die in staat waren de energie op te nemen die door plantencellen was opgebouwd. De veranderde atmosfeer, het verdwijnen van de ultraviolette straling en de aanwezigheid van reeds bestaande levensvormen, sluit de schepping van nieuw leven vandaag uit, tenzij dit op een artificiële manier in een laboratorium uitgevoerd wordt. In afwezigheid van rivalen of roofdieren in de oceanen, moeten de eerste samenstellingen zich snel hebben verspreid. Op een bepaald moment moet er een kwalitatieve sprong zijn geweest met de vorming van een nucleïnezuurmolecule, die in staat was zichzelf te reproduceren: een levend organisme. Op die manier ontstaat er organische materie uit anorganische materie. Het leven zelf is het product van anorganische materie die op een welbepaalde manier is georganiseerd. Geleidelijk aan, over een lange periode die miljoenen jaren duurde, zouden er zich mutaties beginnen voordoen, die uiteindelijk zouden leiden tot het ontstaan van nieuwe levensvormen.
Op die manier kunnen we komen tot een minimale leeftijd van het leven op aarde. Een van de belangrijkste hindernissen voor de evolutie van het leven zoals wij het kennen, was de afwezigheid van een ozonlaag in de bovenste atmosfeer in het Archeozoïcum. Hierdoor kon de algemene straling, met inbegrip van ultraviolette stralen, door de oppervlaktelagen van de oceanen heen dringen, en de werking van de levensstimulerende DNA-molecule ongedaan maken. De eerste levende organismen - de vroege prokaryoten - waren eencellig, maar misten een kern en waren niet tot celdeling in staat. Ze waren echter relatief bestendig tegen de ultraviolette straling of, volgens een bepaalde theorie, er zelfs afhankelijk van. Deze organismen waren de overheersende levensvorm op aarde gedurende een periode van ongeveer 2,4 miljard jaar.
De prokaryote eencelligen plantten zich aseksueel voort door knopvorming en binaire fissie. Over het algemeen brengt aseksuele voortplanting identieke kopieën voort, tenzij er een mutatie ontstaat, wat vrij zelden voortkomt. Dit verklaart de traagheid van de evolutionaire verandering in die tijd. Het ontstaan van de celkern (eukaryoten) liet echter grotere complexiteit toe. Het lijkt aannemelijk dat de evolutie van de eukaryoten voortkwam uit een kolonie van prokaryoten. Sommige moderne prokaryoten kunnen bijvoorbeeld binnendringen en leven als componenten binnen eukaryote cellen. Sommige organellen van eukaryoten hebben hun eigen DNA, dat een overblijfsel moet zijn van hun formeel onafhankelijk bestaan. Het leven vertoont zelf bepaalde hoofdkenmerken, waaronder metabolisme (het geheel van chemische veranderingen die plaatsvinden binnen het organisme) en reproductie. Indien we uitgaan van de continuïteit van de natuur, moet het eenvoudigste organisme dat vandaag bestaat geëvolueerd zijn uit eenvoudigere en nog eenvoudigere processen. Bovendien zijn de materiële bouwstenen van al het leven de meest voorkomende elementen van het heelal: waterstof, koolstof, zuurstof en stikstof.
Zodra het leven ontstaan was, vormde het zelf een barrière die het opnieuw ontstaan van leven in de toekomst verhinderde. Moleculaire zuurstof, een nevenproduct van het leven, komt voort uit het proces van fotosynthese (waarbij licht wordt omgezet in energie). "Het leven zoals we het vandaag op aarde kennen, is in feite verdeeld in twee grote categorieën die als dusdanig reeds lang erkend zijn door de mensheid: de zuurstof ademende dieren en de fotosynthetische planten die groeien door het licht", stelt Bernal. "Dieren kunnen leven in het donker, maar ze hebben nood aan lucht om te ademen, ofwel open lucht ofwel zuurstof die opgelost is in water. Planten hebben geen behoefte aan zuurstof - in feite produceren ze het in het zonlicht - maar ze kunnen niet lang leven en groeien in de duisternis. Welke levensvorm was er dus de eerste? Of was er een andere levensvorm die ze voorafging? Dit laatste lijkt nu zo goed als zeker. Gedetailleerde studies over de geschiedenis van het leven, de interne cellulaire anatomie en het metabolisme van zowel planten als dieren tonen aan dat ze uiteenlopende gespecialiseerde afgeleiden zijn van een of ander plantdier. Dit moeten een soort van hedendaagse bacteriën geweest zijn die tegelijkertijd de functies van planten en van dieren hebben en tegelijk kunnen fungeren als zuurstof verbruikende en als fotosynthetische agenten".
Primitieve levensvormen
Het is opmerkelijk dat de chromosomen van alle levende organismen, van bacteriën tot mensen, een vergelijkbare samenstelling vertonen. Alle genen bevatten een zelfde soort chemische bestanddelen: nucleoproteïnen. Dit geldt ook voor virussen, de meest eenvoudige bekende levensvormen die op de grens staan van organische en niet-levende materie. De chemische samenstelling van de nucleoproteïnen stelt een moleculaire eenheid in staat zich te reproduceren, wat het hoofdkenmerk van het leven is.
Engels wijst erop dat de evolutie van het leven niet begrepen kan worden zonder allerlei overgangsvormen: "Vaste en stevige lijnen zijn onverenigbaar met de evolutietheorie. Zelfs de grenslijn tussen gewervelde en ongewervelde dieren is nu niet langer scherp te trekken, net als die tussen vissen en amfibieën, terwijl deze tussen vogels en reptielen met de dag vervaagt. Tussen Compsognathus en Archaopteryx ontbreken slechts enkele tussenvormen, en vogelbekken met tanden duiken op in beide hemisferen. 'Of... of' wordt steeds meer ontoereikend. Onder lagere diersoorten kan het begrip van het individu helemaal niet scherp afgetekend worden. Niet alleen of een welbepaald dier nu een individu is of een kolonie, maar ook waar in de ontwikkeling één individu ophoudt en het andere begint.
"Voor een kijk op de natuur waarbij alle verschillen worden samengebracht in tussenliggende stappen en alle tegengestelden overgaan in elkaar door tussenliggende verbanden, volstaat de oude metafysische denkmethode niet langer. De dialectiek, die evenmin stevige en vaste lijnen kent, geen onvoorwaardelijke, universeel geldende 'of... of' die de vastgelegde metafysische verschillen overbrugt, en naast 'of... of' ook op de juiste plaats 'en... en' erkent en de tegengestelden met elkaar verzoent, is de enige denkmethode die in het huidige stadium het meest geschikt is. Natuurlijk behouden de metafysische categorieën hun waarde voor dagelijks gebruik, als wisselgeld van de wetenschap".
De grenslijnen tussen levende en niet-levende materie, tussen planten en dieren, reptielen en zoogdieren zijn niet zo duidelijk afgetekend als men wel zou denken. Virussen bijvoorbeeld vormen een klasse waarvan niet beweerd kan worden dat het leven is zoals wij het normaal gezien begrijpen, en toch bezitten ze duidelijk een aantal eigenschappen van het leven. Ralph Buchsbaum zegt:
"Virussen behoren tot de grootste proteïnen die we kennen, en verschillende ervan zijn reeds bereid geweest in zuivere kristalvorm. Zelfs na herhaaldelijke kristallisaties, een behandeling die geen enkele duidelijk levende substantie heeft weten te overleven, hernemen virussen hun activiteiten en vermenigvuldigen ze zich wanneer ze opnieuw in gunstige omstandigheden worden gebracht. Terwijl niemand er ooit is in geslaagd ze te kweken in afwezigheid van levende materie, is het duidelijk dat virussen ons helpen de kloof te overbruggen die, naar men vroeger aannam, zou bestaan tussen niet-levende en levende zaken. Men kan niet langer volhouden dat er een of andere scherpe en mysterieuze scheiding bestaat tussen het levende en het niet-levende, maar er lijkt veeleer een geleidelijke overgang te zijn in complexiteit.
"Indien we bedenken dat de vroegste zichzelf voortbrengende levende substanties zoiets als virussen waren, is het niet moeilijk om zich voor te stellen dat een groepering van virusachtige proteïnen zou kunnen leiden tot grotere bacterieachtige organismen die onafhankelijk zijn en hun eigen voedsel opwekken uit eenvoudige substanties, gebruik makend van energie van de zon."
"Een dergelijk niveau van organisatie kan vergeleken worden met hedendaagse vormen zoals de onafhankelijke bacteriën, waarvan sommigen aan fotosynthese doen zonder chlorofyl en in plaats daarvan gebruik maken van verschillende groene of purperen pigmenten. Anderen gebruiken de energie die wordt onttrokken aan de oxidatie van eenvoudige latten stikstof, zwavel of ijzer. Deze kunnen bijvoorbeeld ammoniak oxideren tot nitraten, of waterstofsulfide tot sulfaten, waardoor energie vrijkomt die gebruikt wordt voor de vorming van koolhydraten".
Het relatief korte tijdsbestek tussen de geboorte van de planeet en de afkoeling van de oppervlaktekorst zorgde ervoor dat het leven ontstond in een verbazingwekkend korte tijdsperiode. Stephen J. Gould legt uit dat "het leven, ondanks al zijn complexiteit, waarschijnlijk snel ontstond, min of meer zodra het mogelijk was". De microfossielen van 3,5 miljard jaar oud zijn zoals verwacht prokaryotische cellen, dus cellen zonder kern (methanogenen, bacteriën en blauwgroene algen). Ze worden beschouwd als de eenvoudigste levensvormen op aarde, hoewel er zelfs op dat ogenblik al diversiteit bestond. Dat betekent dat onze gemeenschappelijke voorouders tussen 3,5 en 3,8 miljard jaar geleden ontstonden, samen met andere vormen die werden uitgeroeid.
In die tijd was er weinig of geen moleculaire zuurstof in de atmosfeer. De organismen die toen bestonden hadden geen zuurstof nodig. Meer nog, ze zouden erdoor gedood zijn. Ze groeiden door waterstof te oxideren en koolstofdioxide tot methaan te reduceren. Men heeft geopperd dat deze organismen soortgelijk geweest moeten zijn aan de huidige extremofiele archaeabacteriën, die aan te treffen zijn in de zeer hete omgeving van vulkanische openingen. Ze halen hun energie niet uit zuurstof, maar door de omzetting van zwavel in waterstofsulfide.
"Men kan zich voorstellen," schrijft Richard Dickerson, "dat voordat levende cellen tot ontwikkeling kwamen, de primitieve oceaan krioelde van druppeltjes die over bijzondere chemische eigenschappen beschikten die gedurende een geruime tijd overleefden en vervolgens opnieuw verdwenen." Hij gaat verder:
"De druppeltjes die louter toevallig katalysatoren bevatten die in staat waren om 'nuttige' polymerisaties op te wekken, zouden langer overleven dan andere; de kans op overleving zou volledig samenhangen met de complexiteit en doeltreffendheid van hun 'metabolisme'. Door de eeuwen heen zou er zich een sterke chemische selectie voordoen voor de druppeltjes die het vermogen in zich droegen om moleculen en energie uit hun omgeving te trekken en ze op te nemen in bepaalde substanties. Deze substanties zouden niet alleen het overleven van de moederdruppeltjes bevorderen, maar ook dit van de dochterdruppeltjes waarin de ouders uiteen gevallen waren toen ze te groot werden. Dit is nog geen leven, maar het komt wel in de buurt".
Door het gebrek aan fossiel bewijsmateriaal moeten we de organisatie van moderne cellen onderzoeken om licht te werpen op hun oorsprong. De eenvoudigste levensvormen hebben een genetisch apparaat nodig dat nucleïnezuren bevat om zich te kunnen voortplanten. Indien cellen de basiseenheid van het leven vormen, kunnen we er zo goed als zeker van zijn dat de oorspronkelijke organismen nucleïnezuren bevatten of daar nauw mee verbonden polymeren. Bacteriën bijvoorbeeld bestaan uit een enkele cel en vormen waarschijnlijk het prototype van alle levende cellen.
De bacterie Escherichia coli (E. coli) is zo klein dat een volume van een kubieke centimeter een miljoen keer een miljoen van haar cellen kan bevatten. Ze beschikt over een celwand, een membraan, dat essentiële moleculen samenhoudt; ze selecteert ook nuttige moleculen van buiten de cel en neemt ze op. Ze behoudt het evenwicht tussen de cel en haar omgeving. Het belangrijkste metabolisme van de cel vindt plaats in het membraan, waar honderden chemische reacties plaatsgrijpen die de voedingsstoffen in de omgeving gebruiken om te groeien en tot ontwikkeling te komen. De bacterie E. coli plant zich om de twintig minuten voort. Deze unieke transformatie binnen de cel wordt mogelijk gemaakt door een groep moleculen, enzymen genaamd. Dit zijn katalysatoren die de chemische reactie versnellen zonder hier zelf bij te veranderen in de loop van het proces. Ze werken herhaaldelijk en zetten voortdurend voedingsstoffen om in producten.
Voortplanting is een essentieel onderdeel van het leven. Bij celdeling wordt er een reeks identieke dochtercellen gecreëerd. Het mechanisme voor duplicatie, om nieuwe proteïnemoleculen te maken met identiek dezelfde onderdelen als de ouderlijke cel, zit gecodeerd in de nucleïnezuren. Deze zijn uniek omdat alleen zij, met behulp van bepaalde enzymen, in staat zijn zichzelf direct voort te planten. Het DNA (desoxyribonucleïnezuur) bevat alle informatie die nodig is om de synthese van nieuwe proteïnen te sturen. Het DNA kan dit echter niet rechtstreeks doen, maar treedt op als een 'origineel', waarvan messenger RNA-kopieën (ribonucleïnezuur) worden gemaakt, die de informatie over de sequentie dragen naar het synthesesysteem. Dit staat bekend als de genetische code. Nucleïnezuren kunnen zich niet vermenigvuldigen zonder enzymen, en enzymen kunnen niet gemaakt worden zonder nucleïnezuur. Ze moeten samen tot ontwikkeling zijn gekomen. Waarschijnlijk waren in de oorspronkelijke 'soep' van elementen RNA-moleculen aanwezig die ook enzymen waren, die zich ontwikkelden op basis van natuurlijke selectie. Dergelijke RNA-enzymen kwamen samen om een spiraal te vormen en werden de basis voor zichzelf duplicerend RNA. De genetische replicatie verloopt evenwel niet zonder toevallige fouten. Bij de bacterie E. coli is er een gemiddelde foutgraad van één op 10 miljoen kopieën van baseparen. In de loop van miljoenen generaties kunnen dergelijke fouten (mutaties) weinig effect hebben, maar anderzijds kunnen ze ook leiden tot diepgaande veranderingen in het organisme en op basis van natuurlijke selectie de aanzet geven tot de vorming van nieuwe soorten.
Het volgende stadium in de organische evolutie was de ontwikkeling van andere polymeren - een combinatie van moleculen - gegroepeerd in hele families. Er was een structuur nodig om de moleculen samen te houden: een semipermeabel celmembraan. Celmembranen zijn complexe structuren, die balanceren tussen een vaste en vloeibare toestand. Kleine veranderingen in de samenstelling van het membraan kunnen kwalitatieve veranderingen veroorzaken, zoals Chris Langton verklaart: "Trek er ook maar een heel klein beetje aan, verander het cholesterolgehalte een beetje of de verhouding aan vetzuren, laat een enkele eiwitmolecule zich met een receptor aan het membraan hechten, en je kunt grote veranderingen, biologisch nuttige veranderingen veroorzaken".
Fotosynthese en seksuele voortplanting
Zoals blijkt uit het voorgaande, is de evolutie van de cel een relatief ontwikkeld stadium in de organische evolutie. Naarmate de overvloedige elementen van de biotische soep uitgeput raakten, werd het noodzakelijk om wateroplosbare organische materialen vanuit de atmosfeer te ontwikkelen. Gisting was de eenvoudigere maar minder efficiënte vorm van metabolisme en de volgende stap bestond uit fotosynthese. De speciale chlorofylmolecule had zich ontwikkeld. Dit liet levende organismen toe om zonne-energie op te vangen voor de synthese van organische moleculen. De eerste organismen die fotosynthese toepasten, trokken zich terug uit de competitie voor de steeds schaarser wordende natuurlijke energierijke moleculen en vormden zichzelf om tot primaire producenten. Zodra het proces van fotosynthese werd bereikt, was de toekomst van het leven verzekerd. Vanaf het ogenblik dat het ontstaat en voldoende zuurstof voortbrengt, wordt ademhaling mogelijk. Zodra de fotosynthese van start ging, zette ze in overeenstemming met de wetten van de natuurlijke selectie, haar stempel op alle daaropvolgende levende zaken, en ze was hierbij ongetwijfeld zo succesvol dat ze alle vroegere levensvormen uitschakelde.
Deze ontwikkeling is een kwalitatieve sprong. De daaropvolgende evolutie naar complexere vormen is een lang uitgesponnen proces dat uiteindelijk uitmondde in een nieuwe tak van het leven, cellen met een kern. Aan de top van de eukaryotische boom verschijnen gelijktijdig verschillende takken, zoals planten, dieren en schimmels. Volgens de Amerikaanse moleculaire bioloog Mitchell Sogin beïnvloedde de hoeveelheid zuurstof de snelheid van de evolutie. De chemische samenstelling van oude gesteenten wijst erop dat de atmosferische zuurstof toenam in relatief aparte stappen, gescheiden door lange periodes van stabiliteit. Sommige biologen geloven dat de uitbarsting van het leven veroorzaakt geweest kan zijn door zuurstof dat een bepaald niveau bereikte.
De eukaryoten pasten zich volledig aan de zuurstof aan en ondergingen weinig verandering. Het ontstaan van deze revolutionaire nieuwe levensvorm liet het bestaan toe van ontwikkelde seksuele voortplanting, die op haar beurt de snelheid van de evolutie deed toenemen. Terwijl de prokaryoten slechts uit twee groepen organismen bestonden, de bacteriën en de blauwgroene algen (deze laatste brachten zuurstof voort op basis van fotosynthese), bestaan de eukaryoten uit alle planten, alle diersoorten en schimmels. De seksuele voortplanting was alweer een kwalitatieve sprong. Hiervoor moet het genetische materiaal worden opgeslagen binnen de kern. Seksuele voortplanting maakt het vermengen van genen tussen twee cellen mogelijk, waardoor de kansen op variatie veel groter worden. Bij de voortplanting smelten de chromosomen van eukaryote cellen samen en vormen ze nieuwe cellen. Natuurlijke selectie dient voor het bewaren van de nuttige genetische varianten in de genenpoel.
Voortplanting is een van de sleutelaspecten van het leven. Alle dierlijke en plantaardige cellen hebben dezelfde interne basisstructuren. Voortplanting en de overdracht van ouderlijke eigenschappen (erfelijkheid) vinden plaats door het versmelten van geslachtscellen, de eicel en de zaadcel. Het genetische materiaal, DNA, waardoor de eigenschappen van de levensvormen van de ene generatie op de andere worden overgedragen, wordt bewaard in de kern van alle cellen. De celstructuur, die bestaat uit cytoplasma, bevat ook een aantal miniatuurorganen, organellen genaamd. De structuur van sommige organellen is identiek aan bepaalde bacteriën, wat erop lijkt te wijzen dat cellen het resultaat zijn van deze ooit onafhankelijke organellen, met hun eigen DNA, die zich met elkaar verbonden en zo een samenwerkend geheel vormden. In de jaren '70 werden microtubuli ontdekt. Dit zijn proteïnestokjes die elke cel vullen als een interne steiger. Dit interne 'skelet' geeft vorm aan de cel en lijkt een rol te spelen in de circulatie van proteïne-en plasmaproducten. De komst van de eukaryote of kerncel was zo'n 1.500 miljoen jaar geleden een biologische revolutie.
Uit aseksuele knopvorming en celdeling ontstond seksuele voortplanting. Door een dergelijke vooruitgang kon het erfelijke materiaal van twee individuen vermengd worden, zodat de nakomelingen zouden verschillen van de ouders. Dit verschafte de variatie waarop de natuurlijke selectie kon inwerken. In de kern van elke dierlijke en plantaardige cel wordt het DNA geordend in chromosomenparen. Deze chromosomen dragen de genen die de individuele eigenschappen bepalen. Hoewel de nieuwe nakomelingen de eigenschappen van hun ouders combineren, verschillen ze er toch van. Het lijkt erop dat de oorsprong van seksuele voortplanting samenhangt met primitieve organismen die elkaar opnemen door ingestie. Het genetische materiaal van twee individuen werd samengebracht, waardoor een organisme ontstond met twee sets chromosomen. Het grotere organisme splitste vervolgens in twee delen met het juiste aantal chromosomen. Er bestonden enkelvoudige en dubbele chromosomen, maar na verloop van tijd werd de dubbele toestand de normale bestaanswijze van dieren en planten. Dit legde de basis voor meercellige organismen.
Ongeveer 700 tot 680 miljoen jaar geleden verschenen de eerste metazoa. Dit waren complexe meercellige organismen die zuurstof nodig hadden voor hun groei. Gedurende die periode nam de zuurstofhoeveelheid in de atmosfeer voortdurend toe en bereikte ze amper 140 miljoen jaar geleden het huidige niveau. De processen die werkzaam zijn in de evolutie vertonen een duidelijk dialectisch karakter: langdurige periodes van geleidelijke kwantitatieve veranderingen worden onderbroken door plotse explosies. Een dergelijke periode deed zich ongeveer 570 miljoen jaar geleden voor.
De Cambrische explosie
...
Ted Grant en Alan Woods [bron: https--www.vonk.org/boeken/de-rede-in-opstand-marxistische-filosofie-en-moderne-wetenschappen/11.-hoe-het-leven-ontstond.html]
--- Over (foto 2): Aula ---
De Aula-reeks is een populair-wetenschappelijke boekenreeks die in 1957 werd gestart door Uitgeverij Het Spectrum in Utrecht als wetenschappelijkere versie van de Prisma Pockets naar het voorbeeld van de Engelse Pelican Books. De reeks omvatte ruim 700 pockets over mens- en natuurwetenschappen, kunst en filosofie.
Het betreft de volgende uitgaven:
...
[bron: wikipedia]
--- Over (foto 3): Ralph Buchsbaum ---
Ralph Morris Buchsbaum (January 2, 1907 - February 11, 2002) was an American zoologist, invertebrate biologist, and ecologist. His book Animals Without Backbones, first published in 1938, was the first textbook in biology to be reviewed by Time and featured in Life. It has gone through several revisions and is still in print, and has been widely used as a textbook. It was still being used as of 2013.
Due to his 1938 book, Buchsbaum became known as a popularizer of science. In 1952 he founded the Boxwood Press, which published his own and others' science books. He also made a series of 29 educational films on biology for the Encyclopædia Britannica, and visited Thailand, Ecuador, Ghana, and India, where he helped develop educational curricula in biology.
Buchsbaum was born in 1907, in Chickasha, Indian Territory, now part of Oklahoma. He earned his Ph.D. in zoology from the University of Chicago in 1932 and continued there as a faculty member until 1950, when he moved to the University of Pittsburgh.
Buchsbaum married Mildred Shaffer (University of Chicago SB 1932, SM 1933). She was a research assistant who worked on anti-leukemia drugs. The Buchsbaums had two children, a daughter Vicki and a son Monte. John Pearse was their son-in-law.
In 1952, he founded the Boxwood Press to publish his laboratory guide and later expanded into publishing other books, mostly about science. Mildred Shaffer Buchsbaum was an editor for the company. She died January 16, 1996; she was 83.
Although he is remembered for his books, his research was mainly in tissue culture. Ralph and Mildred Buchsbaum were the first to create chimeras between the green alga Chlorella and chick fibroblast cells (Science 80: 408-409, 1934). He worked closely with Harold Urey to find a way to use the ratio of oxygen isotopes to determine temperatures in previous eras (Bull. Geol. Soc. Amer. 64: 1315-1326, 1953). (See Oxygen isotope ratio cycle.)
He retired from the university in 1972 but continued to write and run the Boxwood Press. He died February 11, 2002, in Pacific Grove, California, of heart failure. His son, Monte Buchsbaum, will run the Boxwood Press.
Works: Books
Ralph Buchsbaum wrote or co-wrote at least fourteen books., including these:
- Animals Without Backbones: An Introduction to the Invertebrates with Mildred Buchsbaum (three editions from 1938 - 1987) Ralph Buchsbaum took many of the photographs and photomicrographs.
- The first two revisions were published in Pelican editions of two volumes and had illustrations by Elizabeth Buchsbaum Newhall, whose drawings of planaria inspired M.C. Escher.
- The third edition combined the two volumes. Vicki Pearse & John Pearse were added as co-authors along with Mildred Buchsbaum. Some illustrations were modified by Mildred Waldtrip. The text was extensively revised to reflect recent research and the bibliography was updated. (Third edition, University of Chicago Press: Chicago and London, 1987. 572 pages. Cloth ISBN 0-226-07873-6, paperback ISBN 0-226-07874-4.)
- Living Invertebrates with Vicki Pearse, John Pearse, & Mildred Buchsbaum (1987) was an expanded version of Animals without Backbones. The 1987 edition has ISBN 0-86542-312-1.
- Balance in Nature with Bertha Parker (1941), Row, Peterson and Co.
- Basic Ecology with Mildred Buchsbaum (1957), Boxwood Press, Pacific Grove, CA
- The life in the sea (Condon lectures) (1958), Oregon State System of Higher Education
- The Lower Animals with Mildred Buchsbaum & Lorus Milne & Margery Milne (editions from 1923 - 1960)
- Thermal Stress on Cellular Structure and Function (1963)
- Laboratory Notes by Ralph Buchsbaum
Edited:
- A Book That Shook the World; Anniversary Essays on Charles Darwin's Origin of Species (1958)
Films
Buchsbaum made twenty-nine educational films for the Encyclopædia Britannica Education Corporation and supplied photographs and photomicrographs for them. Titles include these:
- The Sea
- Gene Action
- The Chick Embryo from Primitive Streak to Hatching
Papers
Collaboration with Harold Urey:
- Epstein, S.; Buchsbaum, R.; Lowenstam, H.A.; Urey, H.C. Carbonate-water isotopic temperature scale. Bull. Geol. Soc. Amer. April 1951, v. 62, no. 4, 417-426. (Full text)
- Epstein, S.; Buchsbaum, R.; Lowenstam, H.A.; Urey, H.C. Revised carbonate-water isotopic temperature scale. Bull. Geol. Soc. Amer. 1953, 64, 1315-1325.
Books published by Boxwood Press
Boxwood published many titles in biology and natural history, as well as in history, biography, and other subject areas. They include these:
- Reproduction of Marine Invertebrates, Acmaeidae, Spionidae, Abalone: Gross and Fine Structure
- Hydra and the Birth of Experimental Biology
- Bird Year
- Elephant Seals
- Woody Plants in Winter
- Tom Beveridge's Ozarks by Thomas L. Beveridge (1979)
- Monterey Bay Area: Natural History and Cultural Imprints
- Año Nuevo, A Panama Forest and Shore
[source: wikipedia]
Biography of R. Buchsbaum
Ralph Morris Buchsbaum (January 2, 1907 - February 11, 2002) was an American zoologist, invertebrate biologist, and ecologist. His book Animals Without Backbones, first published in 1938, was the first textbook in biology to be reviewed by Time and featured in Life. It has gone through several revisions and is still in print, and has been widely used as a textbook. It is still being used as of 2013. Due to his 1938 book, Buchsbaum became known as a popularizer of science. In 1952 he founded the Boxwood Press, which published his own and others' science books. He also made a series of 29 educational films on biology for the Encyclopidia Britannica, and visited Thailand, Ecuador, Ghana, and India, where he helped develop educational curricula in biology
o one had ever assembled a biology textbook quite like Animals Without Backbones. Its photographs, by author Ralph Buchsbaum, showed jellyfishes, flatworms, spiders, corals and other invertebrates in their natural habitats, and the text was easy to understand. Its publication in 1938 was met with great acclaim and, by the time Dr. Buchsbaum joined the University of Pittsburgh faculty in 1950, he enjoyed a measure of fame as a popularizer of natural science. "It was a very, very good book," said Juan J. Parodiz, curator emeritus of invertebrate zoology at the Carnegie Museum of Natural History. "I've got a copy of it in my lab." Dr. Buchsbaum, an innovative teacher and a pioneer in the use of time-lapse photography, died of heart failure Feb. 11 in Pacific Grove, Calif. He was 95. He was born in Chickasha, Indian Territory, in 1907, the year before Oklahoma became a state. His family eventually settled in Gary, Ind., where his father was a pathologist. He attended the University of Chicago, where he earned a doctorate in zoology in 1932. As a young faculty member at the University of Chicago, Dr. Buchsbaum developed innovative teaching methods for undergraduate biology and wrote Animals Without Backbones, or AWB as he would later call it. His wife, Mildred, was a co-author. In addition to Dr. Buchsbaum's photographs from his extensive travels, the book featured illustrations by his sister, Elizabeth. The text was used widely in college classes and sold hundreds of thousands of copies. An updated version was published in 1987. Dr. Buchsbaum became a pioneer in combining microscopy of living cell organelles with time-lapse photography. He would go on to develop a series of educational films on natural history for Encyclopedia Britannica Films. After being recruited to the University of Pittsburgh, he published another popular book, Basic Ecology, in 1957. In that book, too, he took a well known aspect of biology and explained it so that nonacademic readers could understand it, anticipating the interest in the environment that would blossom during the following decade. "When nature causes man a problem, it's best to consult nature before deciding on a solution," Dr. Buchsbaum told The Pittsburgh Press when the ecology book was published. As a Fulbright professor in Bangkok, Thailand, in 1963 and, later, in Quito, Ecuador, Dr. Buchsbaum consulted on the development of biology curricula. He was also a U.N. consultant on education in Africa and India. He also saw to it that other people got published, starting his own company, Boxwood Press. (The name derived from the English translation of his family name.) The company published a wide variety of books, from teaching manuals to poetry by Sam Hazo. Dr. Buchsbaum retired from Pitt in 1972 and moved to Pacific Grove, Calif., where he continued writing and editing. He was active in Friends of the Sea Otter and was honorary director of Defenders of Wildlife. Byron Spice, Science Editor, Post-Gazette - Edit
Books and Publications by R. Buchsbaum
- 1938. Animals Without Backbones Univ. Chicago Press. 373 pp, b/w photos (hardcover 6½ x 9¼). 1987. 3rd Edition (with Mildred Buchsbaum, John Pearse & Vicki Pearse) Univ. Chicago Press. 572 pp, b/
[source: https--www.conchology.be/?t=9001&id=13885]
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
...
Nieuwpoort+Deel Westende
vu 58x
sauvegardé 1x
Depuis 13 sept. '24
Numéro de l'annonce: m2157646757
Mots-clés populaires
Sciencesciences action 2woorden in context deel 12 main dans BDactimath 1 dans Livres scolairesget up 1 dans Langue | Anglaisaula internacional dans Livres scolairestandem brio 2 dans Livres scolairespoint virgule 2 dans Livres scolairestandem brio 1 dans Livres scolairesget up 2 dans Langue | Anglaismon 2émemain dans BDvoie active 2 dans Livres scolairesbob et bobette 1 dans BDroues mavic ksyrium dans Vélos | Vélos de coursegrillage voliere dans Volatiles | Accessoiresjantes renault modus dans Renaultkarman dans Oldtimers & Ancêtrespied tv lg dans Télévisionsmoto cross 250cc dans Vêtements | Casques de motoaudi a4 liege dans Audijantes vw t6 dans Pneus & Jantescarte fortnite dans Autocollantsswr meter dans Émetteurs & Récepteurs