Onderdeel  van de NWA-route De oorsprong van het leven – op aarde en in het heelal
Hoofdaanvrager: Prof. dr. B.L. (Ben) Feringa, Rijksuniversiteit Groningen

Het Origins Center richt zich met multidisciplinair, vernieuwend onderzoek op vragen uit de NWA naar het ontstaan, het functioneren en de toekomst van leven in een veranderende omgeving van moleculaire tot planetaire schaal. Daarmee voert het een groot en belangrijk deel van de Nederlandse Wetenschapsagenda uit.

Aanpak
Het onderzoeksprogramma voor de Startimpuls loopt van begin 2018 tot eind 2020. Het bestaat uit vijf werkpakketten, waarbinnen pathfinder-projecten worden uitgevoerd die zich op een kernprobleem of belangrijke ontwikkelopgave zullen richten en daarmee  voorwaardenscheppend zijn voor gamechanging vervolgonderzoek. Voor ieder van die projecten worden voor de volledige duur van het programma een research fellow aangesteld. Deze zullen samen met bestaande onderzoeksgroepen en netwerken de projecten uitvoeren. Kwaliteit en samenhang van de projecten worden geborgd door breed uit het consortium samengestelde begeleidingscommissies. De pathfinder-projecten zijn zo gekozen dat ze nieuwe verbindingen leggen tussen deelnemende disciplines. Hieronder staan kort de werkpakketten omschreven. Kijk voor uitgebreide informatie op de website van het Origins Center.

Werkpakketten

(1) Origins Simulator ontwikkelen en bouwen
Contactpersoon: drs. J.W.E. (Jan-Willem) Mantel, Rijksuniversiteit Groningen

Hoe ontstaan aardachtige planeten, en wat is hun samenstelling? Wanneer en onder welke omstandigheden ontstaat daar leven uit een mengsel van moleculen? En hoe ontstaan en functioneren complexe meercellige organisme? Om in betere positie te komen om deze vragen te beantwoorden kijken we onder andere naar wat de bouwstenen van planeten zijn, hoe een aarde wordt gebouwd uit deze bouwstenen en hoe het leven zoals wij dat kennen is ontstaan en functioneert. De kern van dit werkpakket wordt gevormd door de ontwikkeling van de Origins Simulator, waarin omstandigheden kunnen worden nagebootst waarbinnen leven kan zijn ontstaan en die geschikt wordt gemaakt voor inzet van een grote variëteit van meetapparatuur.

(2) De mate van voorspelbaarheid van evolutie bepalen
Contactpersoon: drs. J.W.E. (Jan-Willem) Mantel, Rijksuniversiteit Groningen

Het voorspellen van evolutie is een belangrijke gamechanger die ons in staat zal stellen om de snelheid waarmee antibioticaresistente optreedt in bacteriën en hoe soorten zich kunnen aanpassen aan antropogene stressoren beter te voorzien, en om planten en dieren efficiënter te selecteren voor duurzame voedselproductie. Om evolutie zodanig goed te begrijpen dat we deze kunnen voorspellen moeten we biologische processen koppelen die op heel verschillende schalen werken. Daarnaast zullen we een beter begrip moeten verkrijgen van hoe eigenschappen van individuen door het genoom bepaald worden, van hoeveel variatie er is in het genoom en van hoe de omgeving leidt tot selectiedrukken die kunnen aangrijpen op deze variatie in het genoom. Een groot deel van de Nederlandse onderzoeksgemeenschap op dit gebied is bij de praktische uitvoering van dit werkpakket betrokken.

(3) Maak- en stuurbaarheid van ‘leven’ onderzoeken
Contactpersoon: drs. J.W.E. (Jan-Willem) Mantel, Rijksuniversiteit Groningen

De uitdaging in Gamechanger 3 is het ontrafelen van levensprocessen zodanig dat wij deze kunnen bouwen en sturen op diverse organisatieniveaus, van molecuul tot cel en ecosysteem. De twee pathfinder-projecten in dit werkpakket zullen zich richten op het linken van bestaande biologische systemen aan de ontwikkelde synthetische (uiteindelijk levende) systemen. Verder zullen we zoeken naar de parallellen tussen de verschillende ruimtelijke en complexiteitsschalen van levende systemen.

(4) De planeet aarde als exoplaneet modelleren
Contactpersoon: drs. J.W.E. (Jan-Willem) Mantel, Rijksuniversiteit Groningen

De eventuele detectie van buitenaards leven zal onze kijk op de aarde, het leven en de unieke positie van de mensheid fundamenteel veranderen. Om de vraag naar zulk leven te kunnen beantwoorden moeten we allereerst kenmerkende planetaire omstandigheden begrijpen waaronder leven kan ontstaan. We moeten kunnen herkennen wat leven minimaal nodig heeft en tenslotte moeten we begrijpen hoe verschillende biologische processen tot uitdrukking worden gebracht in atmosferen, aan het oppervlak en in oceanen. De aarde is hierin ons enige voorbeeld en staat daarom centraal. Bestudeerd wordt wat de signalen van bewoonbaarheid, levensvoorwaarden en leven zijn die op astronomische afstanden nog steeds gedetecteerd zouden kunnen worden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van beschikbare gegevens van aardobservatie.

(5) Effecten van ‘downwards causation’ modelleren
Contactpersoon: drs. J.W.E. (Jan-Willem) Mantel, Rijksuniversiteit Groningen

Het is nog steeds grotendeels onbekend hoe grote verschillen in schaal van tijd en ruimte overbrugd moeten worden, waardoor we terugkoppeling tussen organisatieniveaus nog niet goed kunnen begrijpen, voorspellen en beheersen. Het werkpakket richt zich op de beschrijving en het begrip van systemen waarin emergente fenomenen op hogere organisatieniveaus (de macroschaal) gedrag op lagere organisatieniveaus (de microschaal) mede bepalen, zoals wellicht bij het ontstaan van leven. Het omgekeerde, ‘upward causation’, waarin de dynamica op een microschaal de gevolgen op hogere schalen bepaalt, is eveneens belangrijk maar is al veel meer onderzocht.

Consortiumleden

Het consortium bestaat o.a. uit: Erasmus Medisch Centrum, Radboud Universiteit, Rijksuniversiteit Groningen, Technische Universiteit Delft, Technische Universiteit Eindhoven, Universiteit Leiden, Universiteit Twente, Universiteit Utrecht, Universiteit van Amsterdam, Vrije Universiteit Amsterdam, Wageningen Universiteit en Researchcentrum, AMOLF, CWI, Naturalis Biodiversity Center, Nederlands Kanker Instituut, NIOO-KNAW, SRON.