Het informatieprobleem: begon het ontstaan van leven werkelijk op aarde?

De kosmische voorgeschiedenis van informatie

Hoe kon uit niet-levende materie uiteindelijk leven ontstaan? Hoe ontwikkelden chemische verbindingen zich tot systemen die zichzelf in stand kunnen houden, informatie kunnen gebruiken en zich kunnen voortplanten? Het zijn fundamentele vragen waarop de wetenschap nog geen volledige verklaring heeft. Eén van de vraagstukken die daarbij een rol spelen, is het informatieprobleem: hoe ontstond de complexe chemische organisatie die nodig was voor de eerste vormen van leven? In sommige benaderingen wordt bovendien gesteld dat de hoeveelheid informatie die daarvoor nodig zou zijn, niet binnen de beschikbare tijd sinds het ontstaan van de aarde kan zijn opgebouwd. Dit roept de vraag op hoe die benodigde informatie kon ontstaan en of de kosmische voorgeschiedenis van de materie daarbij een rol kan hebben gespeeld.

Maar misschien moeten we ook een andere vraag stellen. Moeten we ervan uitgaan dat alle chemische voorwaarden voor het ontstaan van leven pas op aarde zijn ontstaan?

De aarde begon niet bij nul

De aarde is ongeveer 4,54 miljard jaar oud. De materie waaruit onze planeet is gevormd, heeft echter een veel oudere geschiedenis. De elementen in die materie zijn voortgekomen uit eerdere kosmische processen. Ook chemische verbindingen kunnen buiten de aarde ontstaan. Organische moleculen zijn bijvoorbeeld aangetroffen in meteorieten en worden eveneens gevormd in interstellaire omgevingen.

Dat betekent niet dat de informatie voor het leven al kant-en-klaar in de ruimte aanwezig was. Het betekent wel dat de jonge aarde mogelijk niet begon met een chemische uitgangssituatie die volledig opnieuw moest worden opgebouwd.

Een deel van de bouwstenen en chemische mogelijkheden kan al aanwezig zijn geweest in het materiaal waaruit de aarde ontstond of later door kosmisch materiaal zijn aangevoerd. De geschiedenis van de materie kan dus ouder zijn dan de planeet waarop uiteindelijk leven ontstond.

Wat bedoelen we eigenlijk met informatie?

Het begrip informatie kan verschillende betekenissen hebben. Een molecuul heeft een bepaalde structuur en eigenschappen die bepalen hoe het onder bepaalde omstandigheden met andere moleculen kan reageren. Dat is iets anders dan de informatie in DNA, die onderdeel is van een biologisch systeem waarin informatie wordt opgeslagen, gebruikt en doorgegeven.

Ook moeten we onderscheid maken tussen de aanwezigheid van chemische bouwstenen en de organisatie daarvan tot een functionerend systeem.

Een verzameling organische moleculen is nog geen levende cel. Daarvoor zijn onder meer onderlinge interacties, gereguleerde processen en een vorm van organisatie nodig die het systeem in staat stelt zichzelf in stand te houden en zich uiteindelijk voort te planten.

De relevante vraag is daarom niet alleen hoeveel informatie er nodig was om leven te laten ontstaan, maar ook welke informatie en chemische structuren al aanwezig waren voordat de processen begonnen die tot biologische organisatie konden leiden.

Een andere kijk op de benodigde tijd

Wanneer we onderzoeken hoe leven kon ontstaan, speelt tijd een belangrijke rol. Hoeveel tijd was beschikbaar om de benodigde chemische complexiteit en biologische organisatie te ontwikkelen?

Daarbij is een onderscheid van belang. De ouderdom van de aarde is niet noodzakelijk gelijk aan de ouderdom van alle materie en chemische structuren die aan het ontstaan van leven hebben bijgedragen.

Als bepaalde chemische verbindingen al vóór de vorming van de aarde bestonden, waren die verbindingen niet afhankelijk van de volledige geschiedenis van de aarde om tot stand te komen. Hun aanwezigheid kan de chemische uitgangssituatie van de jonge planeet hebben beïnvloed.

Dat betekent niet automatisch dat de kans op het ontstaan van leven groter was. Daarvoor moeten we weten welke structuren aanwezig waren, of ze de omstandigheden konden doorstaan en welke rol ze daadwerkelijk konden spelen in de ontwikkeling van prebiotische systemen.

De oudere geschiedenis van materie verandert dus niet vanzelf de uitkomst van een kansberekening. Ze kan wel aanleiding geven om de aannames achter zo'n berekening opnieuw te onderzoeken.

Informatie en emergentie

Binnen het Fractaal Denkraam wordt de werkelijkheid filosofisch benaderd vanuit vier samenhangende uitgangspunten: Informatie, Entanglement, Emergentie en Schaalrelativiteit.

Vanuit dit perspectief kan het ontstaan van leven worden beschouwd als een proces waarin bestaande eigenschappen en structuren door onderlinge interacties nieuwe vormen van organisatie mogelijk maken. Chemische eigenschappen kunnen aanwezig zijn voordat er sprake is van biologische functies. Die functies kunnen pas ontstaan wanneer de onderdelen binnen een bepaalde samenhang gaan functioneren.

Emergentie verwijst in dit verband naar het ontstaan van eigenschappen op een organisatieniveau die niet zonder meer aan afzonderlijke onderdelen kunnen worden toegeschreven.

Het Fractaal Denkraam biedt daarmee een filosofische manier om over de samenhang tussen materiële voorgeschiedenis en nieuwe organisatie na te denken. Het vormt geen bewezen wetenschappelijke verklaring voor het ontstaan van leven en levert op zichzelf geen bewijs dat de kosmische voorgeschiedenis de kans op leven heeft vergroot.

Een onderzoeksvraag, geen conclusie

De gedachte dat de kosmische voorgeschiedenis van materie relevant kan zijn voor het ontstaan van leven, is niet nieuw. De vorming van organische moleculen buiten de aarde en de aanvoer van organisch materiaal door meteorieten worden al wetenschappelijk onderzocht.

De aanvullende vraag is hoe deze voorgeschiedenis wordt meegenomen wanneer we de informatievereisten, de benodigde tijd en de chemische uitgangssituatie voor het ontstaan van de eerste protocel beoordelen.

Welke structuren waren mogelijk al aanwezig? Welke moesten nog ontstaan? En in hoeverre beïnvloeden verschillende aannames over de chemische uitgangssituatie onze modellen?

Dat zijn vragen die nader onderzoek vereisen. Ze rechtvaardigen niet de conclusie dat het informatieprobleem hiermee is opgelost, maar bieden wel een invalshoek om het probleem preciezer te formuleren.

Misschien moeten we het ontstaan van leven daarom niet uitsluitend beschouwen als een verhaal dat ongeveer 4,54 miljard jaar geleden op aarde begon. Het kan ook worden onderzocht als een fase in een veel ouder proces waarin materie, chemische structuren en interacties al een lange voorgeschiedenis hadden.

De centrale vraag is dan niet alleen hoe informatie op aarde kon ontstaan, maar ook welke informatie en chemische mogelijkheden al aanwezig waren voordat de aarde bestond.

Zijn er nog andere mogelijkheden?

Misschien zijn er meer mogelijkheden om het informatieprobleem te benaderen dan we momenteel overwegen. Wanneer we uitgaan van de gedachte dat de benodigde informatie niet binnen de beschikbare tijd op aarde kon ontstaan, is het zinvol om ook te onderzoeken of onze aannames over het ontstaan en de organisatie van informatie volledig zijn.

Een mogelijke onderzoeksvraag betreft de rol van bewustzijn. Zou bewustzijn op een of andere manier betrokken kunnen zijn bij de organisatie van materie? En als dat denkbaar is, zou bewustzijn dan zelf uit materiële processen kunnen emergen, of zou er sprake kunnen zijn van een vorm van intelligentie die niet uit de bekende aardse biologische ontwikkeling voortkomt?

Ook de mogelijkheid dat andere intelligenties een rol zouden kunnen spelen, kan als filosofische hypothese worden benoemd. Daarvoor bestaat in deze context echter geen aangetoond bewijs, en het is belangrijk deze mogelijkheid niet te verwarren met een wetenschappelijke verklaring.

Binnen het Fractaal Denkraam kunnen dergelijke vragen worden onderzocht vanuit het uitgangspunt dat emergentie nieuwe vormen van organisatie kan opleveren. Dat uitgangspunt bewijst niet dat bewustzijn of een andere intelligentie betrokken is geweest bij het ontstaan van leven. Het nodigt wel uit om zorgvuldig te onderzoeken welke mogelijkheden binnen bestaande verklaringsmodellen worden meegenomen en welke aannames daaraan ten grondslag liggen

Dave Ruder