‘Leven is een natuurlijk proces. Het moet ook elders dan op aarde ontstaan zijn’

Emmanuelle Javaux lijkt verrast. ‘Hoe heb je me gevonden?’ Is het bescheidenheid? In het veld van de astrobiologie of exobiologie is de Luikse bioloog en geoloog nochtans een grote naam. Zelf verkiest Javaux de naam astrobiologie voor haar onderzoeksdiscipline, ‘omdat exo- verwijst naar leven buiten onze aarde. Terwijl de astrobiologie meer omvat: astrofysica, astronomie, microbiologie, paleobiologie, geologie en filosofie. Het is de studie van de oorsprong, de evolutie en de verspreiding van het leven in het universum, de aarde inbegrepen.’

In 2006 richtte ze samen met Véronique Dehant de Fonds de la Recherche Scientifique-contactgroep Astrobiologie op. Ze leidt de werkgroep ‘Evolutie en sporen van vroeg leven en leven onder extreme omstandigheden’ van het European Astrobiology Institute. Astrobiologie is belangrijk, volgens Javaux. ‘Omdat ze grote vragen behandelt: waar komen we vandaan, hoe ontwikkelde het leven zich op aarde, is er elders leven? Dat zijn toch dingen die iedereen bezighouden!’

Wat is leven, en wat kan leven zijn, in ons zonnestelsel en elders?

‘Leven heeft eigenschappen die we met veel verschillende wetenschappers hebben vastgesteld. Om te beginnen heb je een compartiment nodig dat kan beschermen wat erin zit, en tegelijk voor interactie met de omgeving zorgt. Het moet dus deels doorlaatbaar zijn. Een cel, zeg maar. Sommige wetenschappers denken dat het compartiment inderdaad vanaf het begin een dubbel membraan uit vetzuren had, zoals cellen die we nu kennen. Anderen denken dat leven verscheen in kleine poriën in mineralen, en dat het celmembraan pas later kwam.’

‘Leven heeft ook reproductie nodig, om genetische informatie door te geven. Het heeft een stofwisseling of metabolisme nodig om zijn lichaam op te bouwen, om energie en grondstoffen van buitenaf op te nemen en weer uit te scheiden, om te kunnen functioneren, groeien en reproduceren. En niet te vergeten: leven heeft evolutie door natuurlijke selectie.’

‘Waarschijnlijk is leven dat gebaseerd is op koolstof en vloeibaar water normaal in het universum. Mensen zijn dikwijls teleurgesteld als ik dat zeg, omdat buitenaards leven zo minder exotisch lijkt. Maar er zijn duidelijke chemische argumenten voor die stelling.’

U houdt zich als paleobioloog onder meer bezig met het allereerste leven op aarde. Waarover spreken we dan? 

‘De aarde is voorlopig onze enige informatiebron over hoe leven kan beginnen. Ik zoek de oudste sporen van het leven op aarde in rotsen van miljarden jaren oud. Dat is een uitdaging, want we zoeken iets microscopisch, relatief eenvoudig en slecht bewaard. Niet alle leven fossiliseert. Fossilisatie hangt af van de samenstelling van het organisme zelf, van de plaats waar het gestorven is en van de processen nadat het in een sediment terechtkwam.’

‘Bovendien leven we op een heel actieve planeet, die voortdurend rotsen verandert, en dus ook alles wat erin bewaard is. De zeldzame sporen moet ik zoeken in gesteenten uit het precambrium, dat begon bij het ontstaan van de aarde en tot 540 miljoen jaar geleden liep. Van het ontstaan van de aarde vinden we niets, het was toen zo warm dat er zelfs geen rotsen waren.’

‘We weten dat leven zo’n 4,3 miljard jaar geleden kon ontstaan op aarde, dankzij mineralen van die ouderdom. Al zijn er geen gesteenten bewaard, er zijn wel mineralen uit die tijd. Hun chemie toont aan dat er toen al vloeibaar water was, een oceanische korst met vulkanische eilanden, en misschien al wat continentale korst. De aarde was bewoonbaar.’

‘Ik werk dus op de oudste fossielen, jammer genoeg niet op het eerste leven. We proberen te achterhalen wat voor organismen die fossielen ooit waren. Zijn het de voorouders van iets wat nu bestaat, of zijn het levensvormen die verdwenen zijn?’

Hoe toon je aan dat die oude fossielen daadwerkelijk van levende organismen zijn?

‘De oudste sporen van leven waarover ongeveer iedereen het eens is, zijn kleine stromatolieten in Australië - kalkconstructies van microben. Die zijn 3,4 miljard jaar oud. Onderzoekers berekenden dat er voordien iets anders was. Het zou betekenen dat het leven ontstond tussen 4,3 en 3,9 miljard jaar geleden, een tijd waarvan we geen gesteenten hebben. We kunnen scenario’s bedenken over hoe het leven ontstond en die uittesten in het lab, maar we zullen nooit zeker weten wat er gebeurd is. Want het leven ontstond natuurlijk niet van het ene moment op het andere. Het was een lange weg waarin moleculen en later cellen steeds complexer werden.’

‘Er bestaan niet-biologische fenomenen die leven imiteren. Mineralen die lijken op afzettingen van micro-organismen: spiraalvormige buisjes, kleine bolletjes. Er zijn zelfs chemische reacties die organisch materiaal produceren met eenzelfde koolstofisotopensignaal als leven.’

‘Om te bewijzen dat een structuur een spoor van leven is, moeten we verschillende bewijslijnen combineren. En al wijst alles naar biologie, als er een abiotische manier is om ze te maken, dan is het alleen maar mogelijk dat je leven gevonden hebt, niet zeker. Als jij uiteindelijk zeker bent, volgen er vaak nog jarenlange discussies met collega’s. De oudste populatie cellen die ik zelf gevonden heb, is 3,2 miljard jaar oud. Daarvan zijn we zeker dat het leven is, maar we weten niet wat voor leven.’

‘Op Mars is het nog moeilijker. Ten eerste zijn we daar niet zelf, we moeten de rover inzetten. Daardoor kunnen we niet alle analyses doen die we op aarde kunnen uitvoeren. Ten tweede: we kennen hier op aarde nog niet alle abiotische processen die leven kunnen imiteren, laat staan dat we ze in de context van Mars kennen. Op een gegeven moment moeten we dus monsters meebrengen.’

De ExoMarsmissie zal uiteindelijk toch kunnen vertrekken. Zal die monsters meebrengen naar de aarde?

‘Normaal moest ExoMars vertrekken in september. Maar door de oorlog in Oekraïne is de samenwerking met het Russische ruimtestaatsbedrijf Roskosmos stopgezet, en zal ze pas kunnen vertrekken in 2028. Ik ben heel blij dat de missie doorgaat. ExoMars wil de omstandigheden voor het ontstaan van leven op Mars onderzoeken en de mogelijke levensvormen in die omstandigheden.’

‘Marsrover Rosalind Franklin zal landen op Oxia Planum, een plaats waar rivieren in een delta uitkomen, die op haar beurt in een groot bekken uitkomt. Daar zijn de rotsen rijk aan klei, dat hebben we gezien met de Orbiter. Op aarde is klei ideaal om fossielen te bewaren. Oxia Planum is het oudste gebied dat ooit verkend werd op Mars. Het dateert uit de periode waarin het leven op aarde moet ontstaan zijn, maar die periode is hier dus niet bewaard.’

‘ExoMars kan informatie geven over wat er toen op Mars gebeurde, maar wellicht ook over de aarde. De planeten liggen immers dicht bij elkaar en waren beide bewoonbaar in die tijd. Mars werd gauw onbewoonbaar omdat het zijn magnetische veld en zijn atmosfeer verloor. Nu is er waarschijnlijk alleen water onder de vorm van ijs of damp.’

‘Op de rover komt een soort van loep waarmee we op Mars hetzelfde gaan doen als op aarde: eerst de geologische context beschrijven, de paleo-omgeving reconstrueren. Dan kunnen we nader onderzoeken of de plek bewoonbaar was, of er vloeibaar water was, of er sedimenten zijn.’

‘Daarna gaan we op twee meter diepte monsters nemen. Aan het oppervlak van Mars is veel straling die organische moleculen vernietigt. Op twee meter diepte is daar wat bescherming tegen. In de rover ondergaan de monsters analyses: microscopie, infrarood- en ramanspectroscopie, en massaspectrometrie. Zo willen we leven detecteren. Als er leven op Mars geweest is, natuurlijk.’

‘In de jaren 2030 volgt de Mars Sample Return, een missie van de NASA en de ESA. Die zal de monsters van Mars meenemen die rover Perseverance nu verzamelt. Het is een enorme missie, en ik maak deel uit van een deeltje ervan: de groep die de gesteentestalen onderzoekt.’

Hoe zoeken jullie naar leven op planeten buiten ons zonnestelsel?

‘We hebben een project voor exoplaneten, Portal. Daarin focussen we op planeten rond hele kleine sterren, zoals het Trappist-1-systeem, dat mijn collega Michaël Gillon ontdekte. Trappist-1 geeft heel ander licht dan de zon, grotendeels infrarood, en ze stuurt veel uv-licht naar de planeten. Door de James Webb-telescoop zullen we binnenkort weten of sommige van de planeten een atmosfeer hebben, en of ze vloeibaar water hebben. Heel cool, want dan weten we of ze bewoonbaar zijn of niet.’

‘Als er daar leven is, gebruikt dat misschien ook het licht van zijn ster, want dat is een zowat ongelimiteerde bron van energie. Op aarde ontstonden mechanismen die licht gebruiken al heel vroeg – let op, dan heb ik het niet over de zuurstoffotosynthese, die kwam veel later. We vragen ons af of het leven dat er misschien is, een soort van fotosynthese met infrarood licht doet. Daarom experimenteren we met bacteriën die infrarood licht gebruiken. We karakteriseren ze en kijken welk pigment ze gebruiken, of ze een gas produceren, en zo ja welk. Dat hoeft geen zuurstof te zijn.’

‘Daarna gaan we ze in de Trappist-biodome steken. Dat is een gesloten omgeving waarin we de omstandigheden van het Trappist-1-systeem nabootsen, te beginnen met het lichtspectrum van de ster. Zodra de astrofysici kunnen zeggen hoe de atmosfeer van de planeten is samengesteld, zullen we die ook nabootsen. En af en toe zullen we wat uv-licht op de biodome afvuren en zien wat er gebeurt.’

‘Natuurlijk kunnen we daar niet alles uit afleiden, die cellen zijn immers ontstaan op aarde. Maar het blijft interessant om te zien hoe ze zich aanpassen. In elk geval leren we zo veel over het leven op aarde. We kunnen misschien helpen om de oorsprong van de fotosynthese te vinden, want die is ook nog niet bekend.’

‘Bij exoplaneten moeten we vooral de systemen van het sterrenstelsel begrijpen. Zodra we het gevoel hebben dat we die ongeveer kennen, kunnen we zoeken naar anomalieën. Zaken die kunnen duiden op biologie. Voor exoplaneten zullen we wellicht bij ‘waarschijnlijk’ eindigen.’

Hoe sterk vertrouwt u erop dat er leven is op andere planeten?

‘Ik denk dat er leven moet zijn. Microbieel leven. Het universum is zo groot, en er zijn verschillende bewoonbare plaatsen. Omdat leven een natuurlijk proces is, moet het ergens anders dan op aarde ook ontstaan zijn. Leven elders hoeft niet op dezelfde manier te evolueren als hier. Zelfs op Mars gaan we niet zoeken naar hetzelfde leven als op aarde. Als je op aarde alles zou wegvagen en opnieuw zou beginnen, gaat het er ook anders uitzien. Toeval heeft het leven hier grotendeels vormgegeven.’

‘Blijkbaar kunnen we ons bij buitenaards leven niet veel voorstellen, want in elke sciencefictionfilm ziet het buitenaardse wezen eruit als een mens. Daarbij vergeten we dat we hier op aarde ook heel bijzondere organismen hebben. Veel micro-organismen gebruiken andere dingen dan licht voor hun metabolisme. Er bestaan bacteriën die de hitte van infrarood licht gebruiken, en de meeste organismen gebruiken redoxreacties, dat heet chemotrofie.’

‘Maar het gaat dan over micro-organismen, de dominante levensvorm op aarde, al sinds het ontstaan van het leven. Die zullen er nog massaal zijn na het zesde massa-uitsterven. Ze zijn overal en dat komt omdat ze zoveel complexere metabolismen hebben dan wij.’

‘Het is moeilijk om een omgeving op aarde te vinden zonder leven. In gesmolten lava leeft niets, die is te heet. En Dallol, in Ethiopië, is waarschijnlijk de enige geografische plaats met milieus zonder leven. Eerlijk gezegd: het ziet er daar ook buitenaards uit. Een vriendin van mij (Puri Lopez-Garcia, red.) bestudeert extremofiele organismen. Dat was de enige plaats waar ze er geen vond. Het is een landschap vol kleine poeltjes, zeer heet, zeer zuur en zeer zout. Ze hebben allemaal vloeibaar water, vele hebben waterstofcarbonaten, sommige hebben extremofiele organismen. Maar er zijn er met zulke extreme omstandigheden op vele vlakken, dat er geen leven is.’

‘Als je teruggaat in de tijd, waren er ook fascinerende meercellige organismen. Iets wat eruitzag als een enorm zwemmend tapijt, dat af en toe op de zeebodem landde om daar organisch materiaal uit op te zuigen en dan voortzwom. Of zaken die vastzaten aan de zeebodem, met een fractale geometrie: takjes, verdeeld in takjes, verdeeld in takjes. Die Rangeomorpha hadden geen spijsverteringsstelsel of spieren, en ze gebruikten geen licht, maar osmotrofie: ze zogen de organische moleculen in het water op. Dat is alien voor ons, omdat het niet meer bestaat. Het waren geen algen of fungi, ze behoorden tot de eerste – nu verdwenen – dieren. En nu ga ik zelf even naar de sciencefiction: misschien evolueerde leven elders dus wel voorbij het microbiële tot dit soort van complexiteit.’

‘Ik weet natuurlijk niet of we het buitenaardse leven ooit zullen vinden. Het kan uitgestorven zijn of te ver weg. Of gewoon moeilijk te ontdekken. Pas in 2015 zijn de Asgard archaea ontdekt, de gemeenschappelijke voorouder van de eukaryoten. Een groep Japanse wetenschappers nam sediment en liet dat tien jaar groeien, en ze vonden een nieuwe vorm van archaea. Die waren veel complexer dan we dachten dat kon bij archaea. Omdat ze zo’n traag metabolisme hebben, duurt het lang voor ze genoeg biomassa ontwikkelen om ze te bestuderen. Dus ook op aarde kunnen nieuwsgierige astrobiologen nog spectaculair leven ontdekken.’