Startimpulsprogramma: Origins Center

Dankzij de Startimpulsfinanciering heeft de NWA-route ‘Oorsprong van Leven – op aarde en in het heelal’ in het afgelopen najaar voor vijf driejarige onderzoeksprojecten in totaal zeven research fellows kunnen selecteren. In het eerste kwartaal van 2018 komen deze fellows in dienst, verspreid over vijf universiteiten. Een grote kick-off bijeenkomst voor de projecten is in voorbereiding.

De drie onderzoeksprojecten zijn ieder gericht op deelvragen binnen de vijf gamechangers op de route. Ze hebben mede de bedoeling om verbanden tussen disciplines en instituten te leggen. Ieder van de geselecteerde fellows heeft een universitaire ‘thuisgroep’ maar tenminste één andere groep uit een andere discipline en binnen een andere universiteit of instelling waar zij of hij intensief mee zal samenwerken.

Het doel om een dicht netwerk van onderzoekers te creëren is daarmee nog niet bereikt. Een verder middel daartoe is een klein budget per gamechanger voor ‘kleine projecten’. Voor twee van die gamechangers is daartoe eind vorig jaar een workshop gehouden, waarin onderzoekers hun ideeën voor aanvullende kleine projecten presenteerden. Steeds was de eis dat het onderzoek gerelateerd moest zijn aan een fellow-project, en een nieuwe en interdisciplinaire samenwerking moest opleveren. Uiteindelijk zijn 10 voorstellen goedgekeurd, in enkele gevallen nadat indieners hun voorstellen hadden gecombineerd, en in alle gevallen met een slechts kleine bijdrage (gemiddeld nog geen 9.000 euro) uit de Startimpuls. Bij de meeste projecten is die bijdrage aangevuld met middelen uit andere bron en heeft de Startimpuls-bijdrage vooral verbindend gewerkt. Voor de fellowship-projecten in andere gamechangers zal eveneens een portefeuille van kleine aanvullende projecten worden ontwikkeld.

Centraal in de wetenschapsagenda staat publieke betrokkenheid bij onderzoek, en dan in het bijzonder bij onderzoek in de fase van themakeuze en vraagontwikkeling. Op deze route is niet zo vanzelfsprekend hoe daar praktisch invulling aan gegeven moet worden. Het idee is om voor de beleidsontwikkeling aan enkele universiteiten studentprojecten op te zitten, met begeleiding van communicatieprofessionals. Met een universiteit zijn ondertussen de eerste afspraken gemaakt. Verder zijn verkennende besprekingen gevoerd met een groot aantal partijen in de wetenschapscommunicatie, zoals science centers, musea e.d. voor samenwerking. ‘Oorsprong van het leven’ is een onderwerp waarmee veel van die partijen ook eigen doelstellingen kunnen invullen, dus verwacht wordt dat er een of enkele partnerships kunnen worden aangaan.

 

Startimpulsprogramma: Origins Center

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.

 

Oorsprong van het leven- op aarde en in het heelal

Fundamentele kennis over het ontstaan, de evolutie en het functioneren van leven in alle mogelijke vormen is essentieel om toepassingsgerichte vragen te kunnen beantwoorden over bijvoorbeeld detectie en behandeling van ziekten en over risico’s voor mens, dier en natuur van de voortdurende verandering van onze omgeving.

Nieuwe wetenschappelijke en technologische doorbraken en een schaaloverschrijdende en transdisciplinaire aanpak zijn nodig om vragen zoals ‘Waar komen we vandaan?’, en ‘Is er elders leven in het heelal?’ te kunnen onderzoeken. Binnen deze route bundelen de wetenschapsgebieden astronomie, aardwetenschappen, biologie, chemie, fysica, informatica en wiskunde voor het eerst hun krachten om grensoverschrijdend onderzoek naar fundamentele levensvragen mogelijk te maken. Hierbij worden vijf specifieke aandachtsgebieden onderscheiden.

Het ontstaan van de aarde en van het leven reconstrueren
Om te kunnen reconstrueren hoe het allemaal begon, moeten we eerst antwoorden vinden op vragen als: 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?

Evolutie van het leven voorspellen
Evolutie is een centraal mechanisme in de ontwikkeling van het leven en de wisselwerking tussen leven en omgeving. Er zijn inzichten, dwarsverbanden, onderzoeksmethodieken en technologieën nodig om evolutie niet alleen terugkijkend te kunnen reconstrueren en begrijpen, maar ook te kunnen voorspellen.

Het leven van molecuul tot biosfeer bouwen en sturen
Om de werking van het leven te doorgronden, moeten we meer weten van het vrijwel onontgonnen terrein van complexe en dynamische interacties tussen bouwstenen van het leven op een breed scala aan niveaus, variërend van (bio)moleculen, cellen en organismen, tot aan ecosystemen en biosferen.

Buitenaards leven vinden
Om de vraag naar het bestaan van buitenaards leven te kunnen beantwoorden, moeten we kenmerkende planetaire omstandigheden en de bijhorende indicatoren voor buitenaards leven leren herkennen.

Grote tijd- en ruimteschalen overbruggen
Voor de beantwoording van al deze vragen moeten we grote stromen numerieke en experimentele big data combineren over de enorme reikwijdte van tijd- en ruimteschalen binnen deze route. Dat gaat van de fysische omstandigheden die het leven mogelijk maken op het niveau van het universum, via de vorming en evolutie van planeten naar biosfeer, ecosysteem, organisme en cel tot aan individuele moleculen.

Lees meer over deze route in het Portfolio voor Onderzoek en Innovatie.