Hoe alien is de Arsenicum bacterie?

Felisa Wolfe-Simon

Hoe alien is die Arsenicum bacterie die Felisa Wolfe-Simon ontdekt heeft? Is het echt een heel andere vorm van leven? Is het buitenaards leven?

1. Allereerst: de bacterie heeft dezelfde genetische code als al het leven op aarde. De genetische code is de standaard manier waarop informatie in het DNA (de basen volgorde) vertaald wordt in eiwitten. Het komt er op neer hoe je een relatie legt tussen 4 verschillende bases en 20 aminozuren.
2. Ten tweede is de 3D-structuur van DNA nog steeds de beroemde DNA dubbele helix in 1953 door Watson & Crick ontdekt. 
3. Ten derde zijn de 4 bases in het DNA: Adenine, Guanine, Thymine, Cytosine ook nog steeds hetzelfde. Er komt geen fosfor (P) voor in de 4 bases A, G, T, C. De fosfor zit in de ladder, het is de verbinding tussen de bases. De bases vormen de treden van de ladder. Die fosfor is volgens Felisa Wolfe-Simon vervangen door Arsenicum. Ik verwacht dat er nog onderzoek gedaan zal worden of dat effect heeft op de precieze 3D-structuur van DNA. Onderzoekers hebben al opgemerkt dat Arsenicum zwakkere bindingen heeft en dat dit DNA dus instabieler is. Bij lagere temperaturen zou dit meevallen. Dit betekent: back to the basics. DNA moet opnieuw op de tekentafel. Wat is het effect van gedeeltelijke vervanging van P door As? Wordt het dan niet een rommeltje? Dit is nog best een spannend onderwerp.
4. Ten vierde: heel fundamenteel: deze bacterie is nog steeds gebaseerd op koolstof (C), oftwel Carbon based life. Silicium zou een alternatief kunnen zijn. Maar heeft nadelen.
5. Ten vijfde: Het oplosmiddel voor alle chemische verbindingen is nog steeds water. We hebben dus nog steeds op (vloeibaar) water gebaseerd leven. Uiteraard, want we zitten op Aarde.
6. Ten slotte: deze bacterie past gewoon in de aardse Tree of Life. Hij stamt af van 'normale' soorten of heeft 'normale' soorten als nakomeling. Een echte alien is uiteraard niet in te passen.

De meest fundamentele eigenschappen van de Arsenicum bacterie zijn dus nog steeds heel aards. Gebaseerd op DNA, eiwitten, celmembraan. Het is dus nog maar de vraag of het zin heeft om detectiemethodes voor buitenaards leven aan te passen. Er is één verschil met vroeger: men hoeft zich geen zorgen te maken als men weinig fosfor en veel arsenicum aantreft.

Zinkviooltje

Het zinkviooltje heeft zich ook aangepast aan een toxische stof: zink. En de bacterie Deinococcus radiodurans is bestand tegen hoge concentraties radioactiviteit. Maar de Arsenicum bacterie is méér dan alleen resistent tegen Arsenicum: het bouwt Arsenicum in zijn celbestanddelen in. Dat maakt de bacterie bijzonder.

Genome

Waar ik zeer benieuwd naar ben is of nu snel de complete DNA volgorde (het genoom) van de nieuwe bacterie gepubliceerd gaat worden. Hoeveel genetische en biochemische aanpassingen heeft dit beestje aan Arsenicum? Is het lastig? Heb je een grondige revisie nodig van je hele metabolisme? Zijn er honderden of duizenden eiwitten en enzymen gewijzigd? Dit soort vragen blijven me nog bezig houden.

Astrobiologie

Plaxco & Gross

Wat ik zelf een prettig en leesbaar boek vond is Plaxco & Gross (2006) Astrobiology. A brief Introduction. Het geeft goede achtergrond informatie over vragen als: welke elementen van het periodiek systeem zijn geschikt om leven van te maken? Alternatieven? Waar komen die voor in het heelal? Wat zijn de conditie's waaronder leven kan ontstaan? etc.
NB: Arsenicum komt niet voor in het boek, het wordt niet in overweging genomen als mogelijke bouwsteen van het leven! Er is dus toch wel enige moed voor nodig om dit wel te doen.

 

Update 25 jul 2025: na 15 jaar heeft Science het originele artikel teruggetrokken. 

Life and death with arsenic
Arsenic life: An analysis of the recent report “A bacterium that can grow by using arsenic instead of phosphorus”  08 March 2011

Dit is een kritische, welwillende, objectieve analyse van het artikel wat een eind meegaat in de gedachtengang van het artikel maar uiteindelijk concludeert dat hoewel arseen fosfaat kan vervangen in allerlei onderdelen van de cel, het toch te instabiele verbindgen vormt wanneer het in DNA zou voorkomen.  

 

 

Bacterie ontdekt die arsenicum in plaats van fosfor gebruikt

Astrobiologe Felisa Wolfe-Simon  heeft aangetoond dat een bacterie het essentiële element fosfor kan vervangen door arsenicum. De publicatie is vandaag in Science Express (1) verschenen en om 8 uur vanavond door de NASA in een directe uitzending bekend gemaakt.

Zoals uit het Periodiek Systeem der Elementen blijkt, ligt Arsenicum As (33) direct onder fosfor P (15).  P en As delen dan ook vele chemische eigenschappen. Daarom is het niet ondenkbaar dat ze in organismen uitwisselbaar zouden kunnen zijn. In al het ons bekende leven speelt P een onmisbare rol. Het komt bijvoorbeeld voor in ATP en DNA. Astrobiologe Felisa Wolfe-Simon heeft in 2009 al aangetoond (2) dat onder bepaalde omstandigheden Arsenicum niet toxisch is voor micro-organismes en theoretisch zelfs P kan vervangen. Ze gaf in die publicatie een lijst van 15 biochemische reacties waarbij P is vervangen door As. Zij redeneerde dat in omgevingen waar er een gebrek is aan P en een overvloed aan As, er geen theoretische belemmeringen zouden moeten zijn voor Arsenicum om ingebouwd te worden in levende organismen. Afgelopen week was ze te zien in de Nederlandse wetenschapsprogramma Labyrint (4). Ze was monsters aan het verzamelen van bacteriën in het Mono Lake, Californië. In 1990 was al ontdekt dat er hoge concentraties arsenicum in het meer voorkomen. Bacteriën die daar leven moeten dus aan de hoge concentraties arsenicum zijn aangepast. Zij heeft nu kunnen bevestigen dat arsenicum ingebouwd is in het DNA door de bacteriën te kweken in een medium zonder fosfor en met arsenicum. Dit is voor het eerst dat er een alternatieve bouwsteen voor DNA in het laboratorium en in de natuur is aangetoond. De ontdekking kwam niet zomaar uit de lucht vallen, maar Wolfe-Simon heeft wel geluk gehad dat ze deze bacterie heeft gevonden.

Vele vragen

Er zijn nog vele vragen. Hoe kan deze bacterie leven met het gif Arsenicum? Is deze Arsenicum-bacterie een levend fossiel? Met andere woorden: staat het dicht bij de oorsprong van het leven? En heeft het leven zich later aangepast aan fosfor? Andere onderzoekers zijn kritischer en willen meer bewijs voordat ze accepteren dat arsenicum überhaupt in DNA wordt ingebouwd. Ze wijzen erop dat er ook fosfor in Mono Lake voorkomt. Wolfe-Simon erkent dat, maar wijst erop dat ze de bacteriën heeft gekweekt bij dermate lage concentraties fosfor waarbij normale bacteriën allang niet meer kunnen groeien. Volgens haar is de Arsenicum bacterie van belang bij het zoeken naar leven op andere planeten, omdat we nu rekening moeten houden met 'Arsenicum-bacteriën'. En als dit mogelijk is op onze aarde, zo vraagt ze zich af, wat kunnen we dan wel niet verwachten op andere planeten?

Bronnen

1. Felisa Wolfe-Simon (2010) 'A Bacterium That Can Grow by Using Arsenic Instead of Phosphorus', Science, Published Online 2 December 2010
2. Felisa Wolfe-Simon, Paul C. W. Davies, Ariel D. Anbar (2009) Did nature also choose arsenic? 
3. Homepage van Felisa Wolfe-Simon
4. Labyrint aflevering met Felisa Wolfe-Simon
5. Toelichting op NASA  website (FW werkt bij de NASA). 

 

Update 25 jul 2025: na 15 jaar heeft Science het originele artikel teruggetrokken. 

Life and death with arsenic
Arsenic life: An analysis of the recent report “A bacterium that can grow by using arsenic instead of phosphorus”  08 March 2011

Dit is een kritische, welwillende, objectieve analyse van het artikel wat een eind meegaat in de gedachtengang van het artikel maar uiteindelijk concludeert dat hoewel arseen fosfaat kan vervangen in allerlei onderdelen van de cel, het toch te instabiele verbindgen vormt wanneer het in DNA zou voorkomen.  

 

 

Oomen en Smedes: Een conflict over een conflict?

Oomen & Smedes

Het 186 pagina's tellende boekje Evolutie, cultuur en religie. Perspectieven vanuit biologie en theologie bevat de lezingen gehouden op een symposium dat in het Darwinjaar 2009 door de Radboud Universiteit Nijmegen werd georganiseerd. Het boekje bevat gewijzigde/aangevulde versie's van de 5 lezingen plus korte literatuur verwijzingen en een 14 pagina's tellende inleiding door de redacteuren Palmyre Oomen en Taede Smedes. Alle sprekers op het symposium zijn afkomstig van de Radboud Universiteit Nijmegen (tot 2004: Katholieke Universiteit Nijmegen). Het verhaal van Ellen van Wolde heeft de grootste uitbreiding ondergaan (tot 40 pagina's), de andere bijdrages zijn 30 pagina's. Het boekje is uitgegeven bij Uitgeverij Klement en kost 19.95 euro.

Géén conflict

De redacteuren Oomen en Smedes zijn van de 'Er is geen conflict tussen geloof en wetenschap'-school. Zij menen dat het conflict idee historisch onjuist is. Ze wijzen naar wetenschappers die het conflict idee verwerpen als behorend tot een achterhaald of zelfs foutief religieus idee. Dit komt op mij nogal paradoxaal over. Als sommigen vinden dat er een conflict is en anderen vinden dat er géén conflict is, dan heb je toch een conflict? Op zijn minst een verschil van mening! Hoe kunnen de redacteuren zo'n levensgroot feit over 't hoofd zien? Ik denk dat één oorzaak onbedoeld onthuld wordt in het volgende citaat: "Wie kijkt naar de discoursen van de academische theologie, filosofie, natuurwetenschap en science and religion, ontdekt dat de conflictthese achterhaald is en dat de strubbelingen over creationisme of Intelligent Design slechts achterhoedegevechten zijn' (p.17).  Inderdaad: als je kijkt naar bepaalde academische geschriften dan zie je misschien geen conflict. Maar als je kijkt naar de maatschappij dan is het één en al conflict. Tot mijn grote verbazing ontdekte ik in het Katholiek Nieuwsblad zo'n grote serie anti-Darwin en anti-evolutie artikelen dat je het blad zondermeer een katholiek anti-evolutie bolwerk kunt noemen (zie referenties hierbeneden). Ik kom daar zeker nog op terug in dit blog. Oomen zelf is realistisch genoeg om te weten dat er behalve in het verleden ook recentelijk in de academische wereld een conflict tussen Darwin en religie bestaat (Dawkins en Dennett) (p.159-160). Het beste bewijs dat er een conflict is, is dat theologen als Oomen zeer geavanceerde opvattingen van God construeren (zie haar hoofdstuk in het boek) die de klassieke bijbelse God verre achter zich laten. Kennelijk is de klassieke God strijdig met evolutie, anders zou er geen behoefte zijn aan een nieuwe God. Dus: geen conflict?

De auteurs zoeken de nuance op (flaptekst). Ze slagen er inderdaad in om te laten zien dat er 'niet één bijbels scheppingsverhaal is en niet slechts één mogelijke theologische reactie op evolutie is'. Maar het helpt niet om een visie die zij zelf verwerpen een achterhoedegevecht te noemen. Dat nodigt bepaald niet uit tot een dialoog. Immers het impliceert dat zij zelf de voorhoede zijn. Is het niet ironisch dat uitgerekend het Katholiek Nieuwsblad de conflictthese op pijnlijke wijze lijkt te bevestigen? De redacteuren moeten maar een paar recensie exemplaren van hun boek naar het KN sturen! En alsnog een dialoog aangaan. Wat mij betreft een voorhoedegevecht!

William Paley

"Als organismen ook machines waren, lag de conclusie voor de hand dat ook zij door iets of iemand gemaakt waren" (p.9). De standaard conclusie is -ook volgens Oomen- dat Paley daaruit concludeerde dat er een designer-God moest zijn. Iedereen ziet kennelijk de alternatieve conclusie over het hoofd dat als organismen machines zijn, ze autonoom functioneren. Zonder hulp van buitenaf. Bijna niemand leest de beroemde horloge passage van Paley in zijn geheel. Daar opperde hij het idee dat organismen ook wel eens zelf-reproducerende machines zouden kunnen zijn (dit schreef ik in mijn Denton review). Welnu, dat betekent dat je een in principe onbeperkt aantal generaties van zich autonoom voortplantende organismen zou kunnen hebben. Daar zijn geen goddelijke ingrepen voor nodig. Voortplanting zit sowieso in het ontwerp van organismen ingebakken. Voeg je daar kopieerfouten (mutaties) aan toe (dat deed Paley niet) dan heb je evolutie in gang gezet door een éénmalig ontwerp in het verre verleden. Uit de vondst van een horloge zou je dan moeten concluderen dat voorouders van dit horloge ooit eens ontworpen geweest moeten zijn. Maar niet dit exemplaar. En dat is wel even iets anders. Darwin en Paley zaten dus dichter bij elkaar dan altijd wordt gesuggereerd door het beroemde horloge verhaal.

Darwin en 'The Creator'

Precies dat deed Darwin: "To my mind it accords better with what we know of the laws impressed  on matter by the Creator, that the production and extinction of the past and present inhabitants of the world should have been due to secondary causes" (p.167). Een leuk citaat van Oomen. Ik herinnerde mij maar één passage met 'the Creator' in de Origin, maar ik heb het nog even gecontroleerd in The Complete Works of Charles Darwin en het blijken er 6 te zijn. Dit is interessant genoeg om aan een nader onderzoek te onderwerpen in een volgend blog. Was Darwin een deïst?

Bijbelkritiek

Een interessante gedachte nl. dat de Bijbel geen wetenschappelijk verslag geeft van de schepping wordt al in de vijfde eeuw gevonden bij Augustinus (p.161). Dit is misschien op te vatten als vroege bijbelkritiek, het onderwerp van de laatste aflevering van de documentaire A History of Christianity van Diarmaid MacCulloch en waaover ik blogde: Darwin was niet de eerste die de letterlijke waarheid van de Bijbel ondermijnde. Voor mij was het nuttig te ontdekken dat er al bijbelkritiek was vóór Darwin.

Bronnen

Enkele recente anti-evolutie artikelen in het Katholiek Nieuwsblad:
Evolutie-industrie Henk Rijkers 25-2-2010
Exit evolutietheorie Henk Rijkers  11-5-2010
Vooraanstaande Darwintwijfelaar Skell overleden KN/evolutionnews 29-11-2010
Darwin kwam later en had ongelijk KN  12-11-2010
Evolutie & de kennisfaçade Henk Rijkers 16-6-2010
Katholieken, word eens kritisch op Darwin KN 19-10-2010
Het enige pro-evolutie artikel tot nu toe:
Evolutie is meer dan natuurlijke selectie Vincent Kemme 28-1-2010