Pochodzenie życia

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacji, wyszukiwania
Stromatolity w prekambryjskiej formacji Siyeh z Parku Narodowego Glacier w USA. W 2002 r. William Schopf z UCLA ze współpracownikami opublikował kontrowersyjną pracę w czasopiśmie naukowym Nature, w którym dowodzili, że w kopalnych matach mikrobialnych można znaleźć mikroskamieniałości sprzed 3,375 i 3,465 miliarda lat[1]. Gdyby to było prawdą, byłyby to najwcześniejsze znane formy życia.
Aleksandr Oparin (po prawej) laboratorium

Biogeneza (gr. bíos – życie, génesis – pochodzenie, stawanie się) – w biologii zagadnienie pochodzenia życia.

Historia[edytuj | edytuj kod]

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 najtrudniejszych i nie w pełni rozwikłanych zagadnień biologii”[2].

Karol Darwin jako rozwiązanie problemu biogenezy zaproponował hipotezę, że życie powstało „w małej, ciepłej kałuży” na wczesnej Ziemi w warunkach dziś już niewystępujących[3].

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[potrzebne źródło] – 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.

Teoria[edytuj | edytuj kod]

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 organizmów pochodzą sprzed 3,5 mld lat (sinice).

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.

Początek biogenezy był w mikroskali znikomo mało prawdopodobny, jednak biorąc pod uwagę ilość mikronisz (cały ocean prazupy) oraz czas, w którym mógł zaistnieć (miliony lat), jest prawdopodobne, że życie powstało na Ziemi.

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 także 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. W Układzie Słonecznym dopuszcza się możliwość istnienia prymitywnych form życia na Marsie (raczej w odległej przeszłości) oraz księżycu JowiszaEuropie.

Trwałe cząstki[edytuj | edytuj kod]

W praoceanach atomy łączyły się ze sobą, tworząc coraz bardziej złożone cząstki. 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 wypełniłyby cały wszechocean, gdyż prawdopodobieństwo ich powstania byłoby znacznie wyższe niż jakiejkolwiek innej „przypadkowej” cząsteczki.

Jest możliwe, że taki początek mają białka i znane nam łańcuchy replikujące (DNA, RNA).

Pewne badania wskazują, że ryboza może powstawać i utrzymywać się w obecności boranów[4].

Krytycyzm[edytuj | edytuj kod]

Pomimo nieustających starań rozwiązania tajemnicy pochodzenia życia na Ziemi, nie udało się dotychczas odtworzyć w warunkach laboratoryjnych niektórych procesów postulowanych przez biogenetyczne teorie.

Poglądom zakładającym powstanie życia z materii nieożywionej przeciwstawia się rzekomo niewielkie prawdopodobieństwo powstania aminokwasów z prostszych związków chemicznych.

Alternatywnymi poglądami na pochodzenie życia na Ziemi są teoria panspermii, teoria inteligentnego projektu i kreacjonizm.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. [1].
  2. http://encyklopedia.pwn.pl/haslo.php?id=3877814 Encyklopedia PWN.
  3. [O powstawaniu gatunków (On the Origin of Species)].
  4. Marcin Marszałek: Jak powstało życie?. AstroNET, 2004-02-05. [dostęp 2011-12-03].

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]