Op zaterdag 19 oktober gingen twee atheïsten voor een tweede keer in discussie met twee christenen (de eerste keer is hier terug te zien). De opname van de discussie is hier terug te kijken. Filosoof Carel de Lange en psychiater Chris Verhagen waren de (apologetische) christenen. Het atheïstenduo bestond uit filosoof Brandon Pakker en mijzelf. We discussieerden over de beste verklaring voor het ontstaan van leven en het ontstaan van nieuwe genetische informatie. Volgens de christenen is dat een intelligente Ontwerper (God), volgens de atheïsten de naturalistische verklaringen die de wetenschap steeds verder biedt. Wat de christenen betogen, zijn eigenlijk varianten van het klassieke ontwerpargument. In dit artikel wil ik stilstaan bij deze onderwerpen en onze claims verder onderbouwen, waar nodig met literatuur. 

De beste verklaring
Naturalisten hebben een goede trackrecord als het gaat om het leveren van verklaringen. De geschiedenis van de wetenschap laat zien dat veel fenomenen die eerst bovennatuurlijk verklaard werden, uiteindelijk een goede natuurlijke verklaring bleken te hebben, of dit nu gaat om weerfenomenen, ziekte of de precieze ‘afstemming’ in ons zonnestelsel. Dit biedt geen garantie dat alles ooit naturalistische verklaard kan worden, maar biedt wel hoop en vooral interessante onderzoeksprogramma’s. Het is dan ook geen toeval dat al het wetenschappelijk onderzoek naturalistisch is: het werkt gewoon het beste. 

Dit komt vooral doordat claims empirisch getoetst kunnen worden. Er wordt dan ook overal ter wereld naturalistisch onderzoek gedaan naar het ontstaan van leven en evolutie, en daarover gepubliceerd in vakliteratuur. Dit levert toetsbare ideeën en precieze voorspellingen op die weerlegd of bevestigd kunnen worden, waarop dan weer doorgebouwd kan worden. Er is ook sprake van goede samenhang met goed bevestigde kennis uit andere wetenschappen (cohesie) en het unificeert de biologie. Dit zijn allemaal wetenschapsfilosofische criteria die wijzen op goede wetenschap.  

Bovennatuurlijke verklaringen zijn daarentegen vooral gebaseerd op gaten in naturalistische kennis, gatentheologie (‘God of the gaps’) dus. Creationisten claimen dat omdat een fenomeen (zoals het ontstaan van leven) nu onverklaard is, het ook altijd onverklaarbaar zal blijven. Dat is een erg grote claim. Ze moeten niet alleen op de hoogte zijn van alle huidige verklaringen en laten zien dat die niets verklaren (quod non), maar ook dat dit geldt voor alle toekomstige verklaringen. Die bewijslast is gigantisch en lijkt me moeilijk inlosbaar, zeker aangezien het onderzoeksveld nog in de kinderschoenen staat en zelfs nu al interessante resultaten heeft opgeleverd (zie hieronder). Als we na enkele eeuwen nog steeds geen stap verder zouden zijn gekomen, dan heeft de naturalist wat uit te leggen. Ook verstandige gelovigen zien in dat gatentheologie een heilloze weg is, en sommigen doen zelfs onderzoek op dit gebied, zoals de joodse Jeremy England en de christelijke Cees Dekker (al heeft Dekker daarvoor wel ID verdedigd). 

De creationisten in de discussie wierpen tegen dat er geen sprake is van gatentheologie omdat er twee criteria zijn waarmee we kunnen vaststellen dat iets door een intelligente oorzaak ontstaan moet zijn: 1) de kans is extreem onwaarschijnlijk, en 2) er is een onafhankelijk gegeven (gespecificeerd) patroon, er is functionele informatie. Deze criteria, die bij Intelligent Design (ID)-proponent William Dembski vandaan komen, zijn problematisch om redenen die Brandon en ik benoemden in het debat. De kansrekening is problematisch omdat die op onjuiste vooronderstellingen is gebaseerd (zie ook hieronder). Hoe een onafhankelijk gegeven patroon vast te stellen valt, blijft vaag en is afhankelijk van de context. Of functionele informatie ook door blinde mechanismen kan ontstaan, hangt af van wat die mechanismen zijn en kunnen. 

Er wordt door ID-aanhangers vaak verwezen naar andere disciplines als archeologie, waarbij met succes gezocht wordt naar intelligente oorzaken, bijvoorbeeld als bepaald moet worden of krassen in een steen inscripties zijn (intelligente oorzaak dus) of door blinde oorzaken ontstaan zijn. Het verschil met de biologie is dat we bij archeologie vrij goed weten wat mensen en blinde processen wel en niet kunnen, al zijn er twijfelgevallen. We kennen de mechanismen meestal goed en kunnen ze daarom onderscheiden. Van de Ontwerper weten we niet wat Hij wel of niet kan (of wil, of doet), wat de situatie anders maakt. Ook weten we dat er in de biologie mechanismen zijn die complexiteit kunnen veroorzaken, zoals ik hieronder nog zal bespreken. Tot slot zijn biologische systemen om heel wat redenen niet te vergelijken met menselijke artefacten, zoals ik hieronder ook zal bespreken. 

Voorts kunnen bovennatuurlijke claims vaak niet empirisch getoetst worden, waardoor het geen interessante onderzoeksprogramma’s oplevert. Waar bovennatuurlijke claims wél getoetst kunnen worden, blijken ze óf onhoudbaar óf moeten ze met allerhande (meestal ontoetsbare) ad-hoc-hypothesen gered worden. Dit zijn geen tekenen van goede wetenschap. Daarom wordt ID, net als andere vormen van creationisme, door de wetenschappelijke wereld verworpen en gezien als pseudowetenschap, zelfs door christelijke critici (zoals Kenneth Miller en Francis Collins). 

Tot slot verklaart een Goddelijke ontwerper niets, want juist de complexiteit die verklaard moet worden, wordt al verondersteld te bestaan in God. Waarom heeft een complexe God geen verklaring nodig? En hoe werkt zo’n Goddelijke ontwerper? Welk mechanisme gebruikt Hij? Is Hij een soort magische klusjesman die overal af en toe even ingrijpt als evolutie het niet alleen kan, bijvoorbeeld om een bacterieel flagellum uit het niets te introduceren? 

Het ontstaan van leven
De afgelopen decennia is veel geleerd over de stappen die nodig zijn om de eerste cel (een ‘protocel’ genoemd) te laten ontstaan. Een deel van die stappen is ondertussen experimenteel aangetoond en voor een ander deel zijn plausibele en empirisch gefundeerde mogelijke scenario’s uitgewerkt. Dit betekent niet dat alle stappen bekend zijn, of zelfs maar dat dit de stappen zijn geweest die daadwerkelijk hebben geleid tot het leven zoals we dat nu kennen. Helaas zullen we dat nooit zeker kunnen weten omdat niets daarvan gefossiliseerd is. Wat onderzoekers wél kunnen doen, is plausibele scenario’s en mechanismen bedenken voor de benodigde stappen en onderdelen, en die empirisch toetsen onder prebiotische omstandigheden. Hieronder noem ik een deel hiervan. 

Dit is slechts het topje van een nu al gigantische ijsberg van grotendeels (zeer) technische literatuur. Ik kan als relatieve leek hiervan slechts de grote lijnen volgen en weergeven, maar zie dat de publicaties ondertussen minimaal in de duizenden lopen. Dit onderzoek is nog maar enkele decennia aan de gang en heeft nu al veel interessants opgeleverd. Nog meer literatuurverwijzingen zijn te vinden in reviews, waarvan ik slechts deze noem: Ruiz-Mirazo et al. (2014) en Prosdocimi & de Farias (2024). Schoenmakers et al. (2024) bespreken de interessante vraag vanaf welk punt je van evolutie kunt spreken. De inleiding evolutionaire celbiologie van Lynch (2024) bevat verder een goede introductie. Een toegankelijke inleiding is te vinden in het boek van Livio en Szostak (2024). Voor wie liever video’s kijkt, zijn de lezingen van vooraanstaande onderzoekers John Sutherland en Jack Szostak aanraders.

Klassiek zijn de Miller-Uray-experimenten uit de jaren ’50 van de vorige eeuw. Ondertussen weten we dat de prebiotische omstandigheden waarmee zij werkten niet geheel juist waren. Recentere experimenten onder plausibeler omstandigheden hebben vergelijkbare en meer resultaten opgeleverd: alle RNA-nucleobasen (bouwstenen) en meer dan 20 aminozuren (Ferus et al., 2017). Ook bleken alle nucleobasen van RNA en DNA voor te komen op meteorieten, ook buiten de aarde dus (Oba et al., 2022). Blijkbaar is het niet moeilijk om nucleobasen en aminozuren te vormen. Tevens wordt er veel onderzoek gedaan naar hoe simpele moleculen zelfreplicerend kunnen worden. 

Naast de nucleobasen is voor RNA en DNA ook de suiker ribose nodig en moeten ze samen een ribonucleotide vormen. Ook het natuurlijk ontstaan hiervan is experimenteel aangetoond (Powner et al., 2009). Hierbij spelen nat-droog-cycli (zoals bij getijden of regenbuien) waarschijnlijk een belangrijke rol (Becker et al., 2019). Deze cycli helpen ook bij het polymeriseren (het aaneenkoppelen van deeltjes) van RNA (Hassenkam & Deamer, 2022). Het veelvoorkomende kleimineraal montmorilloniet kan helpen de formatie van RNA-oligomeren (stukjes RNA) te katalyseren (Ferris, 2006). Katalyse is het versnellen van chemische reacties, hetgeen in onze cellen vooral door enzymen (eiwitten dus) gebeurt. Het ontstaan van RNA wordt zo steeds verder uitgewerkt (Kim et al., 2021). 

Een mix van RNA-fragmenten kan zelfassembleren in zelfreplicerende ribozymen, zoals Vaidya et al., (2012) experimenteel aantoonden. Ribozymen zijn stukjes RNA die biochemische reacties op zichzelf of andere moleculen katalyseren, een proces dat bij ons door enzymen wordt gedaan (zie ook Wilson & Lilley, 2009). Ook van bepaalde reacties die nu door enzymen uitgevoerd worden, is nu experimenteel aangetoond dat veel simpelere peptiden ze ook kunnen uitvoeren (Timm et al., 2023). Peptiden zijn korte ketens van aminozuren en daarmee de bouwstenen van eiwitten.

Mizuuchi et al. (2022) lieten zien hoe simpel RNA kan evolueren naar een complex replicatiesysteem. Ook de evolutie en co-evolutie van twee soorten RNA-enzymen is aangetoond (Voytek & Joyce, 2009). Zeer recent is nog aangetoond hoe een RNA-enzym nauwkeurige kopieën kan maken van andere stukken RNA (Papastavrou et al., 2024). Peptiden, die spontaan kunnen ontstaan, kunnen helpen bij het repliceren van RNA (Tagami & Li, 2023). Over hoe het prille RNA zichzelf kon repliceren – een belangrijk vraagstuk in het huidige denken over ontstaan van leven – wordt steeds meer bekend (Pavlinova et al., 2023). 

RNA polymeriseert en repliceert dus vrij goed, kan katalyseren en kan ook nog goed tegen uv-straling, wat het een ideale molecule maakt voor de eerste stappen in het ontstaan van leven (Livio & Szostak, 2024). Ook het feit dat veel cofactoren deels uit nucleotiden bestaan, net als grote delen van de universeel in cellen voorkomende ribosomen, wijzen verder op een vroeg ontstaan van RNA. De ‘RNA-wereld’ als belangrijke stap in het ontstaan van leven is de afgelopen decennia dus steeds sterker komen te staan. Hoe van een RNA-wereld naar DNA te gaan valt, wordt ook steeds verder opgehelderd (Roy & Sengupta, 2024).

Greenwalt et al. (2016) lieten zien dat aminozuren onder prebiotische omstandigheden peptiden kunnen vormen, die zich ordenen in eiwitvezels (zie ook Holden et al., 2022). Ook is zelfassemblage van complexe abiotische eiwitten aangetoond, o.a. door de Nederlander Sijbren Otto (Liu et al., 2018). Müller et al. (2022) toonden aan dat RNA zelf peptiden kan vormen, dus zonder de ribosomen die dat in onze cellen doen. Peptiden kunnen weer helpen bij het repliceren van RNA (Tagami & Li, 2023). Voor een zelfreplicerende protoribosoom als oorsprong van het huidige ribosoom is ook een scenario beschreven (Bose et al., 2022). Voorts is aangetoond dat primitief RNA zich kan repliceren zonder enzymen (Prywes et al., 2016). DNA kan dat niet.

Ook de eerste celmembranen waren niet zo groot en complex als die van moderne eukaryote cellen. In de literatuur is te vinden hoe de bouwstenen ervan (fosfolipiden) kunnen ontstaan onder prebiotische omstandigheden (Fiore et al., 2022).  Het is al langer bekend dat dergelijke membraanbouwstenen spontaan zelfassembleren in bimoleculaire lagen die blaasjes vormen (Deamer et al., 2022), en hoe die kunnen groeien (Budin & Szostak, 2011). Primitieve vormen van metabolisme (stofwisseling) zijn ook mogelijk onder prebiotische omstandigheden (Keller et al., 2014; Muchowska, 2019). Het bovenstaande toont aan dat er plausibele en empirische onderbouwde scenario’s zijn voor de drie elementen noodzakelijk voor een protocel (replicatie, metabolisme en een membraan; Mirazo et al. (2014)). Ook voor de evolutie van het celskelet zijn plausibele verklaringen (Jékely, 2014).

Voorts is er kunstmatig gecreëerd ‘levenachtig materiaal’ met metabolisme en reproductie, twee kenmerken typisch voor leven (Hamada et al., 2019) en wordt onderzocht hoe kunstmatig replicerende systemen kunnen ontstaan (Adamski et al., 2020). Dit laat zien dat de grens tussen niet-leven en leven te vervagen valt en wat voor routes de natuur mogelijk genomen heeft ('proof of principle'). In hetzelfde kader zijn minimale synthetische cellen gecreëerd die kunnen groeien en delen (Pelletier, 2021), wat aantoont dat cellen niet noodzakelijk zo complex hoeven te zijn als de huidige natuurlijke cellen. Ook in de huidige natuur komen zeer kleine genomen voor (Xavier et al., 2014). De bacterie Nasuia deltocephalinicola heeft een genoom van 112.091 nucleotiden en 137 (eiwit coderende) genen (Bennett & Moran, 2013). Dat staat in schril contrast tot het genoom in onze cellen: zo’n 3.000.000.000 nucleotiden waarin zo’n 20.000 (eiwit coderende) genen.

Tot slot wijzen creationisten graag op het vermeende probleem van chiraliteit: moleculen kunnen in twee gespiegelde vormen voorkomen, terwijl aminozuren en koolhydraten in leven dat we nu kennen er maar een van gebruikt (homochiraliteit). Creationisten doen alsof daar geen verklaringen voor zijn, maar niets is minder waar (Kojo, 2010; Tarasevych, 2013; Sczepanski & Joyce, 2014; Chen & Ma, 2020; Ozturk & Sasselov, 2022; Goode et al., 2024). Dit wil niet zeggen dat het vraagstuk helemaal opgelost is, maar ook zeker niet dat het een groot mysterie is. 

Naast de bovengenoemde experimenten en deelverklaringen zijn nog een aantal punten het benoemen waard. De vroege aarde was veel geologisch actiever (dus meer energiebronnen) en werd veel meer gebombardeerd door meteorieten. Van meteorieten weten we dat ze veel relevante moleculen bevatten voor het ontstaan van leven (Ruiz-Mirazo et al., 2014). 

Ook spelen hydrothermale bronnen waarschijnlijk een belangrijke rol. Het zijn niet alleen energiebronnen, maar ze leveren ook veel interessante, relevante mineralen en organische moleculen in hoge concentraties (Colín-García et al., 2016). Vergelijkbare bronnen komen ook voor aan het oppervlak (hot springs). Kraters (al dan niet gevuld met water) als gevolg van een astroïde-impact leveren eveneens vergelijkbare omstandigheden op. Dan kunnen ook nat-droog-cycli en vorst-dooi-cycli een rol spelen, wat interessant is omdat is gebleken dat die polymerisatie in de hand werken (Livio & Szostak, 2024). Voorts kan klei als steiger dienen voor polymerisatie en helpen bij katalyse van verscheidene relevante moleculen (Kloprogge & Hartman, 2022).

Verder is systeemchemie het noemen waard, een nieuw onderzoeksgebied waarin “manipulating and analyzing molecular mixtures of a fairly high degree of complexity” mogelijk is (Ruiz-Mirazo et al., 2014: 288). Hierin hebben moleculen netwerkachtige interacties, in plaats van interacties die stap na stap plaatsvinden. Dit levert andere resultaten op, en die zijn voor het ontstaan van leven interessant en relevant. Tot slot kan autokatalyse hier niet onvermeld blijven (Hordijk et al., 2010; Hanopolskyi et al., 2021). Dit zijn chemische reacties waarbij het product van de reactie de reactie zelf weer katalyseert, waardoor de snelheid van de reactie steeds verder toeneemt. Zo kunnen kleine hoeveelheden van bepaalde benodigde stoffen snel toenemen. 

Als creationisten spreken over het ontstaan van de eerste cel, nemen ze vaak een eukaryote cel als uitgangspunt. Dit zijn cellen met een celkern en een aantal andere kenmerken (zie hieronder). Ons lichaam bestaat uit 37,2 biljoen van dit soort cellen en ze worden beschreven in biologieboeken en leerboeken fysiologie. Deze cellen zijn echter evolutionair gezien relatief laatkomers: ze zijn ontstaan tussen de 2,7 en 1,8 miljard jaar geleden (Vosseberg et al., 2024). Hun voorlopers waren prokaryoten (zonder celkern), en die bestonden al honderden miljoenen jaren eerder, zeker sinds 3,5 miljard jaar geleden (fossiele evidentie) en mogelijk al 4,2 miljard jaar geleden (genetisch onderzoek, maar onzeker) (Moody et al., 2024). De eerste dieren ontstonden overigens pas rond de 800 miljoen jaar geleden, ook weer ver na het ontstaan van de eerste eukaryoten dus. 

Van deze prokaryoten kennen we nu nog de bacteriën en de Archaea, en ze zijn een stuk simpeler dan de eukaryote cellen. Enkele belangrijke verschillen zijn dat, in tegenstelling tot eukaryoten, prokaryoten:

• kleiner zijn;
• geen celkern hebben;
• slechts 1 chromosoom met een circulair genoom hebben en geen histonen;
• niet doen aan meiose of mitose, maar delen door splitsing;
• geen mitochondriën, Golgi-apparaat, lysosomen en endoplasmatisch reticulum hebben;
• transcriptie en translatie gekoppeld hebben
• minder en simpelere ribosomen hebben;
• een kleiner en simpeler membraan hebben;
• een simpel cytoskelet hebben.

Dit maakt ze een stuk eenvoudiger, maar nog steeds te complex om in één keer te laten ontstaan uit een prebiotische mix van moleculen (‘oersoep’). Dit is dan ook niet wat onderzoekers beweren. Zij zijn op zoek naar wat een protocel minimaal nodig heeft en hoe dat kan ontstaan, waarvan een aantal stappen en deelverklaringen hierboven beknopt beschreven zijn. Dergelijke protocellen hebben uiteindelijk geleid tot de eerste prokaryoten. Ook hiervoor heeft de natuur honderden miljoenen jaren massaal parallel kunnen experimenteren. De voorstelling van creationisten waarin een eukaryote cel uit een ‘oersoep’ ontstaat, is dus een karikatuur. 

Geen enkele onderzoeker verwacht ook dat we dit proces van honderden miljoen jaren massaal experimenteren in een paar decennia in een paar laboratoria volledig kunnen nabootsen. Wat onderzoekers wel doen, is nagaan welke vele (mogelijke) stappen hier voor nodig zijn geweest, en die testen. Op dat gebied is in slechts enkele decennia al heel wat vooruitgang geboekt, zoals hierboven is gebleken. 

Organismen zijn geen machines, DNA geen softwarecode
Sinds William Paley, een van de grondleggers van het ontwerpargument, wordt de vergelijking tussen organismen en machines veel gemaakt door voorstanders van dit argument, zo ook door onze discussiepartners. De analogie spreekt intuïtief aan: als zoiets complex als een horloge (of tegenwoordig: computer, fabriek of racewagen) een ontwerper nodig heeft, heeft de cel – die nog veel complexer is – dat dan toch ook? 

Het antwoord daarop is nee, en wel omdat de analogie op veel cruciale punten mank gaat. Cellen verschillen namelijk op een aantal wezenlijke punten van machines, in ieder geval de machines die we nu kennen. Biologische systemen kunnen zichzelf produceren en zijn daarmee autopoiëtisch. Met dit concept hangen ook zelforganisatie, zelfonderhoud en -reparatie samen. Homeostase speelt hierbij verder een belangrijke rol. Dit is kenmerkend voor levende cellen, maar niet voor machines. Doordat reproductie niet perfect verloopt (mutatie) en dat gevolgen heeft voor het voortplantingspotentieel (natuurlijke selectie), kunnen cellen evolueren, maar machines niet. 

Ook is er in levende systemen redundantie aanwezig door o.a. neutrale mutaties, junk-DNA en gennetwerken. Dit betekent dat een fout of probleem in een deel van het systeem vaak ‘opgevangen’ kan worden en het geheel kan blijven functioneren, zij het minder of anders. Dit maakt het systeem plastisch en robuust. Ook het feit dat functie vaak niet alles-of-niets is, draagt bij aan robuustheid. Dit maakt levende systemen dynamischer, stabieler en minder gevoelig voor problemen dan machines, waarbij een klein foutje of probleem er vaak toe leidt dat het geheel niet meer werkt. Een dier met een gebroken poot kan meestal nog lopen, een auto met een afgebroken wiel kan niet meer rijden. Gevolgen van veranderingen in biologisch systemen zijn verder probabilistisch, vrijwel nooit deterministisch, zoals meestal het geval is bij machines. Zie verder Nicholson (2019).

Ook de vergelijking tussen DNA en softwarecode wordt vaak gemaakt, maar ook die analogie gaat mank. Softwarecode is erg gevoelig voor fouten: één verkeerde letter in de code kan er gemakkelijk voor zorgen dat de boel vastloopt. De functie is hier dus meestal alles-of-niets. Dat is bij DNA niet het geval. Veel mutaties in het DNA hebben geen enkel effect omdat ze dezelfde aminozuur opleveren. Ook mutaties in het junk-DNA hebben meestal geen effect. Zelfs de aminozuren die een eiwit vormen, staan heel wat variatie toe. Dit blijkt onder andere uit het eiwit cytochroom c, dat uit zo’n 100 aminozuren bestaat, maar tussen organismen op zo’n twee derde van die honderd kan verschillen en toch dezelfde functie kan uitoefenen. Tot slot evolueren codes niet omdat ze niet repliceren, net als machines dat niet doen. 

Die intuïtie waarop het ontwerpargument zo’n beroep doet, en daar wijzen de creationisten in de discussie ook op, is waarschijnlijk aangeboren en sterk, maar dat geldt ook voor de intuïtie dat de zon om de aarde draait (of zoals mijn driejarige dochter zegt als de zon onder gaat: “de zon gaat onder de grond”). Desalniettemin hebben we door voortschrijdend wetenschappelijk inzicht geaccepteerd dat deze intuïtie onjuist is. Ik denk dat we hetzelfde moeten concluderen over hoe biologie werkt, zeker sinds Darwin, zoals uit dit artikel blijkt – naar ik hoop.

James Tour een expert?
James Tour wordt door creationisten vaak als een expert opgevoerd als het gaat om de oorsprong van het leven. Tour is een scheikundige en hoogleraar nanotechnologie, en is erg sceptisch over het naturalistisch kunnen verklaren van het ontstaan van leven. Zijn vakgebied – waar hij inderdaad een expert op is – is alleen echt wat anders dan het ontstaan van leven. Uit zijn video’s blijkt dat hij niet op de hoogte is van de relevante onderzoeken (zie hier en hier en hier). Hij heeft op dit gebied geen enkel onderzoek gedaan en ook niets gepubliceerd in vakbladen; hij produceert slechts video’s op YouTube. Dat is geen wetenschappelijke kritiek.

De mensen die werkelijk en vaak al vele decennia onderzoek doen en wel hierover publiceren in vakbladen, nemen Tour dan ook niet serieus. Dit zijn eminente wetenschappers als Jack Szostak, John Sutherland, David Deamer, Gerald Joyce, Lee Cronin en Steven Benner. Sommigen hebben zich expliciet uitgesproken over zijn onwetendheid en beroep op een God-van-de-gaten, zoals uit onder andere de interviews hierin blijkt. 

Te onwaarschijnlijk?
Het idee dat iets te onwaarschijnlijk is om naturalistisch te kunnen ontstaan, kwam een aantal keer terug in de discussie, alsmede geregeld in de creationistische literatuur. Er worden dan vaak extreem lage kansen genoemd, waardoor de lezer of luisteraar vol ongeloof de naturalistische verklaring wel moet verwerpen. Dit geldt zowel voor het ontstaan van leven als voor het ontstaan van bijvoorbeeld een nieuw functioneel eiwit. Het probleem hiermee is dat de kansen uit de lucht worden gegrepen of verkeerd worden berekend. Je kunt namelijk alleen kansen berekenen als je een idee hebt van de kansverdeling. Laat me dit illustreren aan de hand van het voorbeeld dat ik ook in de discussie gaf.

Het gooien van een miljoen keer 6 achter elkaar met een dobbelsteen is extreem onwaarschijnlijk, maar dat geldt alleen op de voorwaarde dat 1) de dobbelsteen eerlijk is, 2) er één persoon gooit, 3) dat voor een relatief korte tijd probeert. We gaan er dan ook vanuit dat er geen selectiemechanisme is dat gedeeltelijk gewenste uitkomsten kan vasthouden voor de volgende beurt en dat er slechts één doel is. Voor wie echter miljarden jaren lang met biljoenen dobbelsteen mag gooien, die ook nog eens verzwaard zijn richting de 6, is het gooien van een miljoen zessen op een rij helemaal niet onwaarschijnlijk. 

Bij het ontstaan van leven en het ontstaan van nieuwe functies in de biologie gelden al deze voorwaarden ook niet. Ten eerste is er niet één weg naar een doel: meer evolutionaire wegen leiden naar Rome (een bepaalde functie), zoals het eerdergenoemde voorbeeld van cytochroom c laat zien. Meerdere mutaties en zelfs meerdere aminozuren kunnen dezelfde functie opleveren. Ook is er uiteraard wel een selectiemechanisme (chemische selectie of natuurlijke selectie), waardoor een kleine stap in de richting van wat werkt behouden en stapsgewijs verbeterd kan worden. Verder kan de natuur op gigantische schaal parallel experimenteren. Alleen al het aantal bacteriën dat op dit moment leeft, wordt geschat op 10³⁰ (Rappuoli et al., 2023). Daarbovenop komen nog allerlei andere organismen als Archaea, schimmels, planten, protisten, virussen en uiteraard dieren, en dat voor miljoenen of miljarden jaren lang (afhankelijk van het soort organisme). 

Wat ook nog meegenomen moet worden in de kansrekening, is dat er mogelijk vele planeten en manen zijn waarop leven kan ontstaan, en mogelijk ook ontstaan is. Uiteraard is de overgrote meerderheid hiervan om tal van redenen ongeschikt voor leven, maar ik acht de kans dat ergens leven zal ontstaan of reeds ontstaan is vrij groot door de gigantische hoeveelheden opties en de zeer lange tijd. Er zijn alleen al in ons sterrenstelsel 100-400 miljard sterren, waaromheen grofweg evenveel planeten draaien, net als de aarde om onze ster (de zon) draait. Volgens de meest recente schattingen zijn er in het zichtbare universum 2 biljoen (miljoen keer miljoen) sterrenstelsels. Zeker als in de toekomst zal blijken dat er ook op andere planeten of manen leven is, maakt dat de kans dat het hier (natuurlijk) ontstaan is waarschijnlijker (Livio & Szostak, 2024).

Tot slot is het belangrijk te bedenken dat evolutionair nieuwe functies nooit uit het niets komen: wat reeds bestaat, wordt aangepast, eventueel nadat het eerst gekopieerd is (zie hieronder). Zo zijn er verschillende varianten van het zuurstof vervoerende eiwit hemoglobine, die ook nog eens sterk lijken op het eiwit myoglobine. Hun ontstaan is dan ook niet los van elkaar te zien. Nieuwe eiwitten ontstaan meestal door het aanpassen van (genen voor) reeds bestaande eiwitten en complexe eiwitten kunnen ontstaan uit simpelere delen (Tagami & Li, 2023). Niemand verwacht dat eiwitten uit het niets ontstaan, zonder enige (coderende of niet-coderende) voorloper, zoals creationisten lijken te denken in hun absurde kansrekeningen. 

We hebben in de meeste gevallen domweg niet de informatie om de kansen juist in te schatten, zelfs de orde van grootte niet. Het ontstaan van leven is ook niet gebaseerd op toeval alleen, want er zijn allerlei natuurkundige en chemische wetmatigheden en omstandigheden die moeilijk in kansrekening mee te nemen zijn. Er is ook geen sprake van één vooropgesteld doel, ook niet bij evolutie. Wat in de ene omstandigheid negatief is, kan in een andere omstandigheid juist positief zijn, en andersom. Er is dus sprake van een veranderend evolutionair landschap, wat ook moeilijk in kansrekening mee te nemen valt. De kansrekeningen van creationisten zijn dus nergens op gebaseerd, of gebaseerd op misvattingen over hoe evolutie werkt. 

Nieuwe genetische informatie
Hoe ontstaat nieuwe genetische informatie dan wel evolutionair? De grote vraag hierbij is eerst wat als nieuwe genetische informatie telt. Creationisten blijven hier vaag over, ook tijdens de discussie. Wat evolutie betreft, zijn die mechanismen grotendeels al lange tijd bekend, zoals ik meermaals aangaf, en ondertussen ook uitgebreid gedocumenteerd in de literatuur: genoomduplicatie, genduplicatie en de novo-genen. Aangezien ik dit al uitgebreid besproken heb elders, zal ik dat hier niet herhalen. 

Carel wiep tegen dat veel genen niet in genfamilies voorkomen, zoals je bij genduplicatie mag verwachten. Daar zijn echter goede verklaringen voor: de novo-genen komen niet in families voor, net als genen die het gevolg zijn van horizontale genoverdracht. Genen die ooit deel uitmaakten van families, zijn ook soms niet meer als zodanig te herkennen. Dit kan gebeuren als de duplicaten zo ver uit elkaar evolueren dat hun verwantschap onherkenbaar wordt. 

In taal zien we iets vergelijkbaars, wat geïllustreerd kan worden met de Nederlandse naam Jakob (en afgeleiden daarvan als Koos(je)). Deze gaat via het Latijn (Jacobus) en het Grieks (Iakobos) terug tot het Hebreeuwse Ja’akov. In andere talen heeft deze naam echter een andere ontwikkeling doorgemaakt, wat heeft geresulteerd in onder andere James (Engels) Tiago (Portugees), Giacomo (Italiaans) en Jaime (Spaans). Hierdoor zijn deze ‘duplicaten’ dusdanig veranderd (geëvolueerd) dat de relatie met Jakob onherkenbaar geworden is, zeker als je de oudere vormen niet kent. Jaime en Koos hebben letterlijk geen letter meer gemeen, ondanks hun gemeenschappelijke oorsprong.  Dit kan ook met gedupliceerde genen gebeuren, wat deels verklaart waarom niet alle genen in families voorkomen.

Carel gaf wel toe dat een kleine toename van informatie misschien mogelijk is door mutatie, maar niet de grote hoeveelheden die nodig zijn voor evolutie op grote schaal. Maar ook dat is weer vaag, want wat is een grote hoeveelheid? Als een volledig genoom dupliceert (genoomduplicatie), is dat dan niet een gigantische toename aan informatie? Leidt genduplicatie niet ook tot een significante toename van informatie? En waarom zou je niet met vele kleine stapjes (puntmutaties) ook tot grotere hoeveelheden kunnen komen? De creationisten lijken een soort magische ‘informatiegrens’ in gedachte te hebben die niet door evolutionaire mechanismen overschreden kan worden, maar ze kunnen niet aangeven wat die grens is, hoe we die kunnen vaststellen en waarom de voorgestelde mechanismen die niet kunnen overschrijden. 

Ik droeg ook het voorbeeld aan van het ontstaan van een nieuwe functie die is gedocumenteerd bij bacteriën die al decennia gevolgd worden in het lab. Dit heeft als voordeel dat heel precies nagegaan kan worden wanneer er iets nieuws ontstaat en waardoor dit komt (de verantwoordelijke mutaties). Zo is ontdekt dat bacteriën die eerst niet aeroob (dus met zuurstof) citraat als voeding kunnen gebruiken, dat na een tijd wel konden: een nieuwe functie dus. Carel meende echter dat dit komt doordat er iets kapot is gegaan, niet doordat er nieuwe informatie is ontstaan.  

Dat is echter onjuist. De nieuwe functie is ontstaan door een duplicatie van een bestaand gen dat vervolgens onder de invloed van een promotor is komen te staan die actief wordt door zuurstof, waardoor ook onder aerobe omstandigheden citraat de cel in kan worden getransporteerd (wat eerst dus niet kon). Dit transport is daarna nog effectiever geworden door weer andere mutaties (Blount et al., 2012). Deze nieuwe functie is overigens volgens de criteria van ID-proponent Michael Behe ‘onherleidbaar complex’ (want zonder alle juiste mutaties werkt het niet) en zou dus niet kunnen ontstaan door evolutionaire mechanismen. Toch is het onder de ogen van onderzoekers gebeurd.

Ook evolutie op grotere schaal vereist niet een plotselinge gigantische toename van informatie. Zo wordt aan de hand van fossielen en genetisch onderzoek steeds duidelijker hoe vinnen in poten en poten in handen veranderd zijn (ik benoem de relevante literatuur hier). Alle stapjes in dat proces zijn relatief klein, maar ze resulteren in grote veranderingen. 

Tot slot is het belangrijk te vermelden dat informatie altijd fysiek (materieel) is, of dat nu om de letters in een boek, bits in een computer of de nucleobasen in DNA gaat. Die informatie heeft ook altijd een fysieke oorzaak, of die nu menselijk, dierlijk of niet-biologisch is. Nooit nemen we waar dat informatie door creatio ex nihilo (schepping uit het niets) ontstaat, terwijl dit in principe wel had gekund. Het is ook evident dat informatie kan ontstaan zonder intelligentie. Zo bevatten ijskristallen en aardlagen veel informatie, maar die is zonder enige intelligentie ontstaan. 

Conclusie
Het ontstaan van leven is een interessant wetenschappelijk vraagstuk dat nog niet geheel opgelost is. Dit betekent echter niet dat we geen idee hebben, want vele stappen zijn ondertussen experimenteel aangetoond en plausibele deelverklaringen worden bedacht en experimenteel getoetst. Over het ontstaan van nieuwe genetische informatie is al langere tijd veel meer bekend en dat is ook empirisch uitgebreid onderbouwd. Dit is allemaal naturalistisch onderzoek, onderzoek waardoor grote vragen in kleine stapjes beantwoord worden.

Bovennatuurlijke verklaringen daarentegen verliezen steeds meer terrein aan naturalistische verklaringen en verklaren ook weinig tot niets, als ze al niet strijdig zijn met empirische bevindingen. Om die redenen worden ze in de wetenschap niet geaccepteerd. Het ontstaan van leven en nieuwe genetische informatie kan daarom het beste naturalistisch verklaard worden.

Ik wil afsluiten met de conclusie van het eerder aangehaalde review:

“It is impressive to turn our view back to the first scientific ideas of Darwin on the origin of living beings “in some warm little pond”, to the hypotheses of Oparin and Haldane, or to the first experimental approaches of Miller and Urey, and realize how far this scientific community has come. The field of the origins of life is not surrounded anymore by a halo of religious or metaphysical speculations, as it used to be not so long ago, even among scientists. It is true that some questions about the topic are still deeply intriguing, and a number of them could remain unanswered forever, because they represent historical events that cannot be reproduced in the laboratory. However, many reasonable theories have already been put forward and, what is more important, these theories are subject to experimental verification through an increasing variety of approaches and techniques. Some of those hypotheses, which in the past seemed to be irreconcilable antagonists, have started to merge during the past decade, allowing us to become fully aware of the impressive mosaic of interconnected physical and chemical events that were probably behind the origins of life. Although chemistry operating on the prebiotic Earth must have been extraordinarily complex and heterogeneous, we believe it is not impossible to understand.” (Ruiz-Mirazo, 2014:352)

Amen!

Referenties
Adamski, P., Eleveld, M., Sood, A., Kun, Á., Szilágyi, A., Czárán, T., ... & Otto, S. (2020). From self-replication to replicator systems en route to de novo life. Nature Reviews Chemistry, 4(8), 386-403.

Becker, S., Feldmann, J., Wiedemann, S., Okamura, H., Schneider, C., Iwan, K., ... & Carell, T. (2019). Unified prebiotically plausible synthesis of pyrimidine and purine RNA ribonucleotides. Science, 366(6461), 76-82.

Bennett, G. M., & Moran, N. A. (2013). Small, smaller, smallest: the origins and evolution of ancient dual symbioses in a phloem-feeding insect. Genome biology and evolution, 5(9), 1675-1688.

Blount, Z. D., Barrick, J. E., Davidson, C. J., & Lenski, R. E. (2012). Genomic analysis of a key innovation in an experimental Escherichia coli population. Nature, 489(7417), 513-518.

Bose, T., Fridkin, G., Davidovich, C., Krupkin, M., Dinger, N., Falkovich, A. H., ... & Yonath, A. (2022). Origin of life: protoribosome forms peptide bonds and links RNA and protein dominated worlds. Nucleic acids research, 50(4), 1815-1828.

Budin, I., & Szostak, J. W. (2011). Physical effects underlying the transition from primitive to modern cell membranes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 108(13), 5249-5254.

Chen, Y., & Ma, W. (2020). The origin of biological homochirality along with the origin of life. PLOS Computational Biology, 16(1), e1007592.

Colín-García, M., Heredia, A., Cordero, G., Camprubí, A., Negrón-Mendoza, A., Ortega-Gutiérrez, F., ... & Ramos-Bernal, S. (2016). Hydrothermal vents and prebiotic chemistry: a review. Boletín de la Sociedad Geológica Mexicana, 68(3), 599-620.

Deamer, D., Dworkin, J. P., Sandford, S. A., Bernstein, M. P., & Allamandola, L. J. (2002). The first cell membranes. Astrobiology, 2(4), 371-381.

Ferris, J. P. (2006). Montmorillonite-catalysed formation of RNA oligomers: the possible role of catalysis in the origins of life. Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 361(1474), 1777-1786.

Ferus, M., Pietrucci, F., Saitta, A. M., Knížek, A., Kubelík, P., Ivanek, O., ... & Civiš, S. (2017). Formation of nucleobases in a Miller–Urey reducing atmosphere. Proceedings of the National Academy of Sciences, 114(17), 4306-4311.

Fiore, M., Chieffo, C., Lopez, A., Fayolle, D., Ruiz, J., Soulère, L., ... & Buchet, R. (2022). Synthesis of phospholipids under plausible prebiotic conditions and analogies with phospholipid biochemistry for origin of life studies. Astrobiology, 22(5), 598-627.

Goode, O., Łapińska, U., Glover, G., Milner, D. S., Santoro, A. E., Pagliara, S., & Richards, T. A. (2024). Membrane permeability selection drove the stereochemistry of life. BioRxiv, 2024-04.

Greenwald, J., Friedmann, M. P., & Riek, R. (2016). Amyloid aggregates arise from amino acid condensations under prebiotic conditions. Angewandte Chemie, 128(38), 11781-11785.

Hamada, S., Yancey, K. G., Pardo, Y., Gan, M., Vanatta, M., An, D., ... & Luo, D. (2019). Dynamic DNA material with emergent locomotion behavior powered by artificial metabolism. Science Robotics, 4(29), eaaw3512.

Hanopolskyi, A. I., Smaliak, V. A., Novichkov, A. I., & Semenov, S. N. (2021). Autocatalysis: Kinetics, mechanisms and design. ChemSystemsChem, 3(1), e2000026.

Hassenkam, T., & Deamer, D. (2022). Visualizing RNA polymers produced by hot wet-dry cycling. Scientific reports, 12(1), 10098.

Holden, D. T., Morato, N. M., & Cooks, R. G. (2022). Aqueous microdroplets enable abiotic synthesis and chain extension of unique peptide isomers from free amino acids. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(42), e2212642119.

Hordijk, W., Hein, J., & Steel, M. (2010). Autocatalytic sets and the origin of life. Entropy, 12(7), 1733-1742.

Jékely, G. (2014). Origin and evolution of the self-organizing cytoskeleton in the network of eukaryotic organelles. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 6(9), a016030.

Keller, M. A., Turchyn, A. V., & Ralser, M. (2014). Non‐enzymatic glycolysis and pentose phosphate pathway‐like reactions in a plausible Archean ocean. Molecular systems biology, 10(4), 725.

Kim, S. C., O’Flaherty, D. K., Giurgiu, C., Zhou, L., & Szostak, J. W. (2021). The emergence of RNA from the heterogeneous products of prebiotic nucleotide synthesis. Journal of the American Chemical Society, 143(9), 3267-3279.

Kloprogge, J. T., & Hartman, H. (2022). Clays and the origin of life: The experiments. Life, 12(2), 259.

Kojo, S. (2010). Origin of homochirality of amino acids in the biosphere. Symmetry, 2(2), 1022-1032.

Liu, B., Pappas, C. G., Zangrando, E., Demitri, N., Chmielewski, P. J., & Otto, S. (2018). Complex molecules that fold like proteins can emerge spontaneously. Journal of the American Chemical Society, 141(4), 1685-1689.

Livio, M. & Szostak, J. (2024). Is Earth Exceptional?: The Quest for Cosmic Life. Basic Books

Lynch, M. R. (2024). Evolutionary cell biology: the origins of cellular architecture. Oxford University Press.

Mizuuchi, R., Furubayashi, T., & Ichihashi, N. (2022). Evolutionary transition from a single RNA replicator to a multiple replicator network. Nature Communications, 13(1), 1460.

Moody, E. R., Álvarez-Carretero, S., Mahendrarajah, T. A., Clark, J. W., Betts, H. C., Dombrowski, N., ... & Donoghue, P. C. (2024). The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nature Ecology & Evolution, 8(9), 1654-1666.

Muchowska, K. B., Varma, S. J., & Moran, J. (2019). Synthesis and breakdown of universal metabolic precursors promoted by iron. Nature, 569(7754), 104-107.

Müller, F., Escobar, L., Xu, F., Węgrzyn, E., Nainytė, M., Amatov, T., ... & Carell, T. (2022). A prebiotically plausible scenario of an RNA–peptide world. Nature, 605(7909), 279-284.

Nicholson, D. J. (2019). Is the cell really a machine?. Journal of theoretical biology, 477, 108-126.

Oba, Y., Takano, Y., Furukawa, Y., Koga, T., Glavin, D. P., Dworkin, J. P., & Naraoka, H. (2022). Identifying the wide diversity of extraterrestrial purine and pyrimidine nucleobases in carbonaceous meteorites. Nature communications, 13(1), 2008.

Ozturk, S. F., & Sasselov, D. D. (2022). On the origins of life’s homochirality: Inducing enantiomeric excess with spin-polarized electrons. Proceedings of the National Academy of Sciences, 119(28), e2204765119.

Papastavrou, N., Horning, D. P., & Joyce, G. F. (2024). RNA-catalyzed evolution of catalytic RNA. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(11), e2321592121.

Pavlinova, P., Lambert, C. N., Malaterre, C., & Nghe, P. (2023). Abiogenesis through gradual evolution of autocatalysis into template‐based replication. FEBS letters, 597(3), 344-379.

Pelletier, J. F., Sun, L., Wise, K. S., Assad-Garcia, N., Karas, B. J., Deerinck, T. J., ... & Strychalski, E. A. (2021). Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell. Cell, 184(9), 2430-2440.

Powner, M. W., Gerland, B., & Sutherland, J. D. (2009). Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions. Nature, 459(7244), 239-242.

Prosdocimi, F., & de Farias, S. T. (2024). Major evolutionary transitions before cells: a journey from molecules to organisms. Progress in Biophysics and Molecular Biology.

Prywes, N., Blain, J. C., Del Frate, F., & Szostak, J. W. (2016). Nonenzymatic copying of RNA templates containing all four letters is catalyzed by activated oligonucleotides. Elife, 5, e17756.

Rappuoli, R., Young, P., Ron, E., Pecetta, S., & Pizza, M. (2023). Save the microbes to save the planet. A call to action of the International Union of the Microbiological Societies (IUMS). One Health Outlook, 5(1), 5.

Roy, S., & Sengupta, S. (2024). The RNA-DNA world and the emergence of DNA-encoded heritable traits. RNA biology, 21(1), 1-9.

Ruiz-Mirazo, K., Briones, C., & de la Escosura, A. (2014). Prebiotic systems chemistry: new perspectives for the origins of life. Chemical reviews, 114(1), 285-366.

Schoenmakers, L. L., Reydon, T. A., & Kirschning, A. (2024). Evolution at the Origins of Life?. Life, 14(2), 175.

Sczepanski, J. T., & Joyce, G. F. (2014). A cross-chiral RNA polymerase ribozyme. Nature, 515(7527), 440-442.

Tagami, S., & Li, P. (2023). The origin of life: RNA and protein co‐evolution on the ancient earth. Development, Growth & Differentiation, 65(3), 167-174.

Tarasevych, A. V., Sorochinsky, A. E., Kukhar, V. P., & Guillemin, J. C. (2013). Deracemization of amino acids by partial sublimation and via homochiral self-organization. Origins of Life and Evolution of Biospheres, 43, 129-135.

Timm, J., Pike, D. H., Mancini, J. A., Tyryshkin, A. M., Poudel, S., Siess, J. A., ... & Nanda, V. (2023). Design of a minimal di-nickel hydrogenase peptide. Science Advances, 9(10), eabq1990.

Vosseberg, J., van Hooff, J. J., Köstlbacher, S., Panagiotou, K., Tamarit, D., & Ettema, T. J. (2024). The emerging view on the origin and early evolution of eukaryotic cells. Nature, 633(8029), 295-305.

Vaidya, N., Manapat, M. L., Chen, I. A., Xulvi-Brunet, R., Hayden, E. J., & Lehman, N. (2012). Spontaneous network formation among cooperative RNA replicators. Nature, 491(7422), 72-77.

Voytek, S. B., & Joyce, G. F. (2009). Niche partitioning in the coevolution of 2 distinct RNA enzymes. Proceedings of the National Academy of Sciences, 106(19), 7780-7785.

Wilson, T. J., & Lilley, D. M. (2009). The evolution of ribozyme chemistry. Science, 323(5920), 1436-1438.

Xavier, J. C., Patil, K. R., & Rocha, I. (2014). Systems biology perspectives on minimal and simpler cells. Microbiology and Molecular Biology Reviews, 78(3), 487-509.