Pochodzenie życia
Z Wikipedii
Biogeneza (gr. bíos ‘życie’, génesis ‘pochodzenie’, ‘stawanie się’) w biologii zagadnienie pochodzenia życia.
Spis treści |
[edytuj] Historia
Od czasów starożytności do XIX wieku powszechnie wierzono w możliwość samorodnego powstawania pewnych organizmów (np. robaków z zepsutego mięsa). W latach 70. XIX wieku doświadczenia Ludwika Pasteura wykazały że samorództwo nie istnieje nawet w przypadku bakterii. Otworzyło to drogę dla badań nad zagadnieniem pochodzenia życia, które do dzisiaj stanowią "jedno z najtrudnieszych i nie w pełni rozwikłanych zagadnień biologii".[1]
Charles Darwin jako rozwiazanie problemu biogenezy zaproponował hipotezę że życie powstało "w małej, ciepłej kałuży" na wczesnej Ziemi w warunkach dziś już nie występujących.
Współczesna biologia próbuje tworzyć modele wczesnego życia. O ile w XIX wieku między materią ożywioną i nieożywioną istniała bardzo duża przepaść – organizmy żywe składały się z kompletnych, bardzo skomplikowanych komórek, materia nieożywiona natomiast z substancji stosunkowo prostszych i nieorganicznych – zmniejszyła się ona w miarę badań w XX wieku. Już w 1828 Friedrich Wöhler otrzymał pierwszą substancję organiczną wychodząc wyłącznie z substancji nieorganicznych. Obecnie niemal każdy związek chemiczny obecny w organizmach żywych jest możliwy do otrzymania na drodze syntezy organicznej.
[edytuj] Teoria
Uniwersalność kodu genetycznego wskazuje na to, że wszystkie organizmy na Ziemi pochodzą od wspólnego przodka (zobacz: Drzewo Życia). Ten ostatni wspólny przodek, czyli organizm, którego dwaj bezpośredni potomkowie dali początek dwóm liniom współcześnie występujących organizmów (prawdopodobnie jedna z komórek wynikłych z podziału ostatniego wspólnego przodka dała początek bakteriom, a druga archeanom i eukariontom), był jednak już bardzo skomplikowaną komórką.
Pierwsze ślady sugerujące biologiczne pochodzenie paleontolodzy znaleźli w skałach datowanych na ok. 3,8 miliarda lat; najstarsze znaleziska żywych organizmów pochodzą sprzed 3,5 mld lat (cyjanobakterie).
Bardzo trudno jest badać ewolucję z czasów przed ostatnim wspólnym przodkiem. Nie znaleziono dotychczas żadnych skamieniałości, a z definicji nie można odtwarzać wcześniejszych organizmów metodą rekonstrukcji na podstawie organizmów współcześnie żyjących, ponieważ są one z nimi w dokładnie tym samym stopniu spokrewnione.
Przewidywana pierwsza komórka jest o wiele prostsza niż współczesne bakterie, nie wymaga DNA, które może być zastępowane przez RNA, aparatu syntezy białek (RNA może pełnić funkcje enzymatyczną), ani zdolności syntezy istotnych substancji organicznych (które są dostępne w otoczeniu).
Biogeneza była poprzedzona przez abiotyczną ewolucję materii, w wyniku której wytwarzają się autoreplikujące informację struktury. Inaczej mówiąc przekazywanie informacji na nowe pokolenia jest definiowalnym warunkiem początku biologicznej ewolucji. Początkowo rolę nośnika informacji pełnił TNA. TNA jak i RNA oprócz właściwości nośnika informacji może mieć także katalityczną funkcję. Takie samoreplikujące się cząsteczki ewoluowały dalej mutując i wymieniając informację i stąd różnorodność dzisiejszych form życia.
Początek biogenezy był w mikroskali znikomo mało prawdopodobny, jednak biorąc pod uwagę ilość mikronisz (cały ocean prazupy) oraz czas w którym mógł zaistnieć (milliony lat) jest prawdopodobne że życie powstało na Ziemi. Prawdopodobieństwo powstania życia jest pewne jeżeli lokalne warunki są korzystne - jest to ogólna reguła ewolucji wszechświata z wysokiej energii do bogatej informacji.
Pewne postępy uczyniono poprzez badania na drodze biochemicznej. Są pewne dane sugerujące, że pierwotny metabolizm mógł być oparty na pentozach, nie zaś na heksozach jak u organizmów współczesnych. Głównym argumentem jest, że większość najważniejszych związków chemicznych komórek, w szczególności związki energetyczne oraz kwasy nukleinowe, to pochodne pentoz, były więc one bardziej pierwotne od heksoz. Pierwsze organizmy najprawdopodobniej nie zawierały DNA, i używały RNA zarówno w funkcjach wypełnianych współcześnie przez DNA, jak i w funkcjach enzymatycznych. Być może poprzedzały je organizmy zbudowane na bazie jeszcze prostszych cząsteczek analogicznych do RNA (np. TNA).
Rybosomy, enzymy białkowe oraz mechanizm translacji RNA-białko najprawdopodobniej nie występowały u pierwszych organizmów, lecz są wynikiem ewolucji. Pierwszym z argumentów za tym jest, że RNA może również pełnić funkcje enzymów i spotyka się je również u współczesnych organizmów. Drugim jest, że wiele organizmów posiada alternatywną ścieżkę syntezy peptydów, niezależną od rybosomów, jednak jest ona ograniczona jedynie do kilku bardzo prostych peptydów (rozmiarów rzędu 10 jednostek) i przypomina raczej syntezę innych związków chemicznych niż białek w rybosomach. Trzecim argumentem jest, że znaczenia trójek kodonów nie są ułożone przypadkowo, lecz w taki sposób, że mutacja powoduje zazwyczaj przejście do aminokwasu o podobnych właściwościach. Ewolucja, która doprowadziła do takiego ustawienia, musiała zachodzić w organizmach, w których rybosomowa synteza peptydów nie była kluczowa do istnienia, gdyż w przeciwnym wypadku praktycznie każda mutacja byłaby letalna.
Wszystko wskazuje na to że życie powstało bardzo szybko, w ciągu najwyżej kilkudziesięciu milionów lat od powstania płynnych oceanów na Ziemi. Możliwe jest też, że życie powstało w przestrzeni kosmicznej (zobacz: panspermia), skąd przybyło na Ziemię w postaci zarodników. Możliwe jest również, że powstało w środowisku odmiennym niż oceany. Obie możliwości jedynie dają życiu więcej czasu na powstanie. Wielu naukowców uważa, że tak szybkie powstanie życia nie tylko nie sprawia żadnych problemów, lecz stanowi jedynie dodatkowe potwierdzenie, że powstanie życia jest to proces, który w sprzyjających warunkach zachodzi z bardzo dużym prawdopodobieństwem.
Nie wiadomo, czy życie istnieje na innych planetach niż Ziemia. Dopuszcza się możliwość istnienia prymitywnych form życia na Marsie (raczej w odległej przeszłości) oraz księżycu Jowisza - Europie.
[edytuj] Trwałe cząstki
Wg pewnej teorii w praoceanach atomy łączyły się ze sobą, tworząc coraz bardziej złożone cząstki. Jak wiadomo, niektóre cząsteczki są bardziej trwałe od innych, co pozwala przypuszczać że po pewnym czasie oceany wypełnione były materią o pewnym losowym składzie. Przypuśćmy teraz istnienie cząstek, które posiadają powinowactwo 1-1 lub 1-1'. Jeśli cząsteczki tego typu połączyłyby się w łańcuch, łatwo zauważyć, że potrafiłyby się replikować (w tym momencie nie jest ważne czy na pozytyw czy na negatyw). Idąc dalej tym tropem łatwo zauważyć, że cząsteczki, które potrafiły by się replikować, szybko wypełniły by cały wszechocean, gdyż prawdopodobieństwo ich powstania byłoby znacznie wyższe niż jakiejkolwiek innej "przypadkowej" cząsteczki.
Jest bardzo prawdopodobne, że taki początek mają białka i znane nam łańcuchy replikujące (DNA, RNA).
[edytuj] Wątpliwości
Pomimo nieustających starań rozwiązania tajemnicy pochodzenia życia na Ziemi, żadna z postulowanych teorii nie znalazła dotychczas powszechnego poparcia wśród najwybitniejszych uczonych zajmujących się tym zagadnieniem. Liczne wypowiedzi czołowych naukowców świadczą o tym, iż geneza życia nadal pozostaje tajemnicą:
- Francis Crick
- Gdyby dana sekwencja aminokwasów miała się wyłonić przez przypadek, jak rzadkie byłoby takie zdarzenie? To jest łatwe zadanie z prawdopodobieństwa. Wyobraźmy sobie łańcuch składający się z około dwustu aminokwasów; to jest, jeśli już, raczej mniej niż przeciętna długość protein wszelkiego typu. Jako że w każdym z tych dwustu miejsc mamy zaledwie dwadzieścia różnych możliwości, liczba wszystkich możliwości wynosi dwadzieścia pomnożone przez siebie jakieś 200 razy. W zapisie konwencjonalnym przedstawiamy to jako 20200 co jest w przybliżeniu równe 10260 [...] Tym, co jest tak bardzo frustrujące dla naszego obecnego celu jest fakt, iż wydaje się być niemal niemożliwym podać jakąkolwiek wartość liczbową prawdopodobieństwa tego, co wygląda na raczej mało realny łańcuch zdarzeń... Człowiek uczciwy, uzbrojony w całą wiedzę, która jest nam obecnie dostępna mógłby jedynie stwierdzić, iż w pewnym sensie pochodzenie życia wydaje się w tej chwili być niemalże cudem, tak wiele jest warunków, które musiałyby zostać spełnione, aby ono zaistniało. [...] Zdecydowana większość sekwencji [aminokwasów] w ogóle nigdy nie mogła powstać na drodze syntezy, w jakimkolwiek czasie. [...] Za każdym razem, gdy piszę referat na temat pochodzenia życia postanawiam sobie, iż nigdy nie napiszę następnego, gdyż jest tam zbyt wiele spekulacji ścigającej zbyt mało faktów.[2]
- Aleksander Oparin
- Niestety, pochodzenie komórki pozostaje pytaniem, które jest w istocie najciemniejszym punktem kompletnej teorii ewolucji.[3]
- Ilya Prigogine
- Prawdopodobieństwo tego, iż przy zwykłych temperaturach makroskopiczna ilość molekuł zostaje zgromadzona, dając początek wysoce zorganizowanym strukturom oraz skoordynowanym funkcjom charakteryzującym żywe organizmy, jest absurdalnie małe. Idea spontanicznego pochodzenia życia w swej obecnej formie jest więc wysoce nieprawdopodobna, nawet na skalę miliardów lat, podczas których nastąpiła prebiotyczna ewolucja.[4]
- Harold Clayton Urey
- My wszyscy, którzy badamy pochodzenie życia, odkrywamy, iż im bardziej się w nie zagłębiamy, tym bardziej odczuwamy, że jest ono aż nadto złożone, by mogło wyewoluować w jakimkolwiek miejscu.[5]
- Werner Arber
- Chociaż jestem biologiem, muszę przyznać, iż nie rozumiem w jaki sposób powstało życie... Uważam, iż życie zaczyna się dopiero na poziomie funkcjonalnej komórki. Najbardziej prymitywna komórka może wymagać przynajmniej kilkuset różnych specyficznych makromolekuł biologicznych. W jaki sposób takie już dosyć złożone struktury mogły się połączyć, pozostaje dla mnie tajemnicą. Możliwość istnienia Stwórcy, Boga, stanowi dla mnie satysfakcjonujące rozwiązanie tego problemu.[6]
- Ernst Boris Chain
- Prędzej uwierzyłbym w bajki niż w takie szalone spekulacje. Od lat mówię, że spekulacje na temat pochodzenia życia nie prowadzą do żadnego użytecznego celu, jako że nawet najprostszy żywy system jest o wiele bardziej złożony niż to, co można by zrozumieć na poziomie niezmiernie prymitywnej chemii, którą stosują naukowcy w swych próbach wytłumaczenia tego, co niewytłumaczalne i co miało się wydarzyć miliardy lat temu. Boga nie da się ominąć wymówką opartą na tak naiwnym myśleniu.[7]
Ze względu na trudności związane z tradycyjnym sposobem wyjaśnienia pochodzenia życia część badaczy skłania się ku teorii panspermii lub teorii inteligentnego projektu.
[edytuj] Przypisy
- ↑ http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3877814 Encyklopedia PWN
- ↑ Francis Crick, Life Itself: Its Origin and Nature (New York: Simon & Schuster, 1981), str. 51-2, 88, 153.
- ↑ Alexander I. Oparin, Origin of Life, (1936) NewYork: Dover Publications, 1953 (Reprint), str. 196.
- ↑ I. Prigogine, G. Nicolis, A. Babloyantz, Thermodynamics of Evolution, " Physics Today", Vol. 25, Nov. 1972, str. 28
- ↑ w wywiadzie dla "Christian Science Monitor" z 4 stycznia 1962.
- ↑ Henry Margenau & Ray Abraham Varghese, eds., Cosmos, Bios, Theos: Scientists Reflect on Science, God and the Origin of the Universe, Life and Homo Sapiens (LaSalle, IL, USA: Open Court, 1992), str. 142
- ↑ cytat z Ronald W. Clark, The Life of Ernst Chain (London: Weidenfield & Nicolson, 1985), str. 147-148.
[edytuj] Zobacz też
- abiogeneza
- panspermia
- teoria inteligentnego projektu
- Życie pozaziemskie
- równanie Drake'a
- Aleksander Oparin
- prazupa
[edytuj] Linki zewnętrzne
