Tytułem wstępu.

To nie blog. To portal. A właściwie część multiportalowej platformy o nazwie - "Nie Dla Opornych".
To nie blog, to komentarz - do rzeczywistości, przyspieszonej jakby chęć zatrzymania się nad czymkolwiek była efektem wewnętrznej słabości lub powodem do wstydu.
To nie lifestyle. To nauka, podana w taki sposób by była zrozumiała dla człowieka inteligentnego, laika choć zdolnego zrozumieć i zaciekawić się, czymś co rozumowi daje odzew.

Pamiętacie stare artykuły popularnonaukowe? Stare popularnonaukowe książki? Czasopisma? Ich serce biło powoli i z precyzją kwantowego zegara. Ich celem było rzeczowe i dogłębne wyjaśnienie omawianego problemu. Ich odbiorcą był inteligentny erudyta.
To wszystko znikło z otaczającej nas rzeczywistości.
Pismo "Problemy" padło w raz z nastaniem ery płatności za słowo. "Wiedza i życie" oraz "Świat Nauki" zmieniły się w kolorowe, lifestylowe gazetki zagubione w poszukiwaniu rynkowego sukcesu.
Pragnąc wskrzesić dawne podejście do popularyzowania nauki - rzeczowe, dogłębne, pełne szacunku dla czytelnika - uruchamiamy tą część większego projektu, która ma prezentować zapomniane już, ale wciąż AKTUALNE artykuły popularnonaukowe wydobyte z pożółkłych kartek wyżej wspomnianych czasopism.

Bliżniaczym naszym portalem jest Sztuka Nie Dla Opornych oraz strona na Facebooku zbierająca posty i komentarze z obu tych portali.
Mamy nadzieję, że w tym powolnym, pełnym refleksji nurcie znajdziesz miejsce dla siebie.
Miłego przepływu!



ps. Pod każdym z artykułów oprócz linków multimedialnych, znajduje się miejsce przeznaczone na promocję autora. Zachęcamy was do odwiedzania umieszczonych tam odnośników. Portal nie ma charakteru zarobkowego. Odwdzięczamy się więc autorom możliwością popularyzacji ich nazwiska i ich dzieł.
Ponadto nie wstawiamy samodzielnie materiałów filmowych i muzyki do internetu. Istniejące już w sieci materiały zostały jedynie przelinkowane tak by odnośniki nie straciły na aktualności.


Artykuły według kolejności:

poniedziałek, 24 września 2012

Jak powstawało życie

Problemy 02/1992


Bardzo ciekawy artykuł poruszający kwestie związane z pierwszymi etapami powstawania życia na ziemi.
Jest to artykuł przeglądowy, stąd też trudno oczekiwać wymaganej dogłębności, jednak porusza on szereg bardzo ważkich problemów - w tym często przytaczany argument Hoyle'a o niemożności powstania życia na ziemi.
Gorąco polecam.
Citronian-Man 

----------------------------------------------------------------
      W lutowym numerze (1991 r.) „Scientific American" John Horgan dokonuje przeglądu hipotez na temat powstania życia na Ziemi. Mija 38 lat od przeprowadzenia prostego eksperymentu, który - jak się zdawało - niemal rozwiązał największą zagadkę powstania życia. W eksperymencie tym Stanley L. Miller, 23-letni wówczas student University of Chicago, odtworzył w zamkniętym szklanym naczyniu warunki panujące pierwotnie na Ziemi. Aparat ten, wypełnił kilkoma litrami metanu, amoniaku i wodoru (co odpowiadało atmosferze) oraz wodą (czyli oceanem). Za pomocą specjalnego urządzenia iskrowego symulował wyładowania atmosferyczne, a grzałka podtrzymywała wrzenie wody. Po kilku dniach aparat wypełnił się czerwoną lepką substancją obfitującą w aminokwasy. Aminokwasy tworzą łańcuchy białkowe będące podstawą życia. Wyniki swojego doświadczenia, które Miller zamieścił w skromnym dwustronicowym artykule opublikowanym w „Science", zdawały się dostarczać oczywistych dowodów, że życie mogło powstać dzięki zwykłym chemicznym reakcjom w „pierwotnej zupie".


Dziś jednak Miller, profesor chemii na kalifornijskim uniwersytecie w San Diego, twierdzi, że powstanie życia okazało się o wiele trudniejsze, niż wówczas sądzono. Oczywiście wiemy dziś więcej niż w 1953 r., Ale już w 1954 r. James D. Watson i Francis H. C. Crick rozszyfrowali strukturę kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA), którego podwójna spirala zawiera informację potrzebną komórkom do budowy białek. W następnych dziesięcioleciach przeprowadzono eksperymenty podobne do millerowskiego, które wykazywały, jak mogą być syntetyzowane składniki DNA (czyli nukleotydy) i białek w abiotycznych warunkach. Takie organiczne związki mogły się nagromadzić w różnych zbiornikach wodnych: w jakichś „ciepłych małych stawach" (jak sądził Darwin), zbiornikach tworzących się w strefach lub w płytkich morzach. Doświadczenia z początku lat 80. uzupełniły ten obraz. Wykazywały one, że kwas rybonukleinowy (RNA) — jednoniciowa cząsteczka współdziałająca z DNA w syntezie białek — może wykazywać zdolność do tworzenia własnych kopii bez udziału enzymów.
Niektórzy badacze uważali, iż pierwsze organizmy zawierały RNA i że ten „świat RNA" stanowił pomost między zwykłą chemią a złożonymi, bazującymi na DNA komórkami współczesnych organizmów. Dane wykopaliskowe wskazują, że takie komórki powstały w ciągu pierwszego miliarda lat po powstaniu Ziemi. A Ziemia powstała 4,5 miliarda lat temu.
Ten podręcznikowy scenariusz został ostatnio zakwestionowany. Wykazano, że w warunkach podobnych do panujących pierwotnie na Ziemi synteza RNA jest trudna, a tworzenie własnych kopii przez RNA nie jest łatwe. Ostatnie odkrycia wskazują jednak, że pierwotna atmosfera mogła wcale nie zawierać metanu i amoniaku, jak zakładał Miller, i wówczas warunki nie były tak sprzyjające syntezie cząsteczek organicznych. Ponadto badania księżycowych kraterów wskazują, że powierzchnia Ziemi była pustoszona przez ogromne meteoryty i komety. Christopher P. McKay, badacz przestrzeni kosmicznej z NASA (Ames Research Center w Kalifornii), stwierdza: „Wygląda na to, że życie zaczęło się nie w ciepłym, małym stawie, ale wśród szalejącego huraganu". Gdy tylko naruszono podstawy starych twierdzeń, zaczęto formować zupełnie nowe, a także przypominać stare. Obserwacje związków organicznych zawartych w meteorytach i kometach pozwoliły na wysunięcie hipotezy, iż surowce do budowy żywych organizmów pochodzą spoza Ziemi.
Najbardziej skrajna wersja zakłada, że na Ziemię przybyły w ten sposób kompletne organizmy. Inni badacze, chociaż uważają, że życie powstało na Ziemi, to za najlepszy sposób zrozumienia tego procesu uznają znalezienie życia w przestrzeni kosmicznej, być może na Marsie, a może w innym układzie planetarnym. Inni z kolei twierdzą, że życie nie zaczęło się w przestrzeni kosmicznej lub w płytkich wodach, ale na dnie oceanów, w miejscach wstępowania otworów hydrotermalnych (gorących źródeł). Zwolennicy tej teorii są zdania, że miejsca takie mogły zapewnić ochronę, stały dopływ energii i składników odżywczych dla formującego się życia.
Najświeższa teoria i - jak sądzą weterani badań nad początkiem życia - najbardziej obiecująca, powstała w Niemczech, a jej autorem jest prawnik traktujący swe dociekania jako hobby. Jego teoria głosi, że życie powstało jako kleista błona na powierzchni pirytu. Żadna z tych teorii nie jest na tyle przekonująca, by stać się powszechnie obowiązującą. Ale też żadna nie została odrzucona.
Niektórzy naukowcy twierdzą, że wszystko jest możliwe i nawet najbardziej nierealne zdarzenia mogą zajść pod warunkiem, że upłynie wystarczająco dużo czasu. A takim nieprawdopodobnym zdarzeniem było powstanie pojedynczej komórki z przypadkowo łączących się związków chemicznych. Ale Fred Hoyle, angielski astronom, twierdzi, że zdarzenie takie jest tak samo prawdopodobne jak to, że tornado przechodzące nad złomowiskiem spowoduje przypadkowe zmontowanie boeinga 747.
Zastosujmy dla uproszczenia zupełnie prymitywny przykład. Weźmy przysłowiową cegłę spadającą przez przypadek z dachu. Uderza ona o bruk i rozpada się na setki dużych, małych i zupełnie drobnych odłamków. Gdy się następnie przyjrzymy, w jakim układzie odłamki te ułożyły się na bruku, musimy dojść do przekonania, że konkretny przypadek tej dachówki był wydarzeniem niepowtarzalnym, jedynym w całym Kosmosie. Jak długo świat będzie istniał, według wszelkiego prawdopodobieństwa nigdy nie dojdzie już do tego, aby ponowny upadek cegły spowodował dokładnie taki sam rozrzut odłamków na bruku. Innymi słowy: prawdopodobieństwo tego zdarzenia, tego, że przebiegnie ono wraz ze wszystkimi konkretnymi skutkami właśnie tak, a nie inaczej, przed jego zajściem było "prawie równe zeru". 
Wszystko to jest całkowicie słuszne, ale w gruncie rzeczy też całkowicie bez znaczenia. Nabrałoby dopiero wtedy pozornego znaczenia, gdybyśmy z tych rozważań milcząco wyciągnęli nieprawidłowy wniosek, że skrajne nieprawdopodobieństwo obserwowanego przez nas przypadku powoduje, że spadanie cegieł w ogóle staje się zdarzeniem prawie niemożliwym.
(...) 
Jest to równie błędne, jak błędny byłby wniosek, że cegły w zasadzie nigdy z dachów spadać nie będą, ponieważ nie jest możliwe, aby przypadek jednej konkretnej cegły mógł się powtórzyć we wszystkich szczegółach. Wniosek taki byłby dopuszczalny tylko wówczas, gdyby Monod potrafił udowodnić, że cegły mogą spadać wyłącznie w ten jeden określony sposób i z takim samym konkretnym skutkiem. A o tym przecież nie może być mowy. Jest to znowu milczące (a więc nie udowodnione) założenie Monoda: rozumuje on tak, jak gdyby życie w jakiejkolwiek formie odbiegającej od tej, którą znamy, było całkowicie nie do pomyślenia, a więc z całą pewnością wykluczone. 
------------- 
Innymi słowy, argumenty autorów sugerujących, że tak niskie prawdopodobieństwo wystąpienia tej jednej określonej konfiguracji zdarzeń oznacza iż życie na ziemi powstać niemal nie mogło, jest fałszywym wnioskiem wyciągniętym z całkiem prawdziwych przesłanek. Jeśli bowiem weźmiemy kostkę do gry o trylionach trylionów ścianek i rzucimy nią, czy niskie prawdopodobieństwo wypadnięcia każdej ze ścianek oznacza, że kostka nie powinna zatrzymać się na którejś z nich? Czy kostka musi zatrzymać się na tej jednej określonej ściance, by powstało życie? Czy tylko jeden jedyny określony wzór rozbitej cegły pozwala życiu rozwinąć się dalej? 
Wielu autorów, tak jak i Hoimar von Ditfurth zakłada, że nie. Obecna forma życia na ziemi jest - według nich - tylko jednym z wielu, wielu możliwych wariantów. Innymi słowy ogromna ilość ścianek rzuconej kostki może doprowadzić do rozwinięcia się życia. O tym, że życie akurat rozwinęło się w tej, znanej nam, formie zadecydowały takie a nie inne warunki początkowe - być może różniące się od innych warunków prowadzących do powstania życia o miliardowe części po przecinku (tzw. efekt motyla)). 
(przyp. Citronian-Man)

Większość naukowców zgadza się z Hoylem. Co do jednego zgadzają się właściwie wszyscy: materia ożywiona powstaje stopniowo, a żaden z etapów nic jest całkowicie nieprawdopodobny. Jak wiele innych twierdzeń w biologii, i to pochodzi od Darwina, który przypuszczał, że życie zaczęło się, gdy związki chemiczne stymulowane przez ciepło, światło lub elektryczność zaczęły reagować ze sobą i tworzyć związki organiczne bardziej złożone. (Darwin wyjaśniał także dlaczego dziś nie obserwujemy przejścia od materii nieożywionej do ożywionej: bowiem każdy powstający organizm byłby „natychmiast pożarty lub wchłonięty" przez „już istniejący".)
Współczesna wersja mechanizmów powstania życia przyjęta przez Millera i innych jest także zredagowana w duchu darwinowskim. Życie zaczęło się, gdy pewne związki chemiczne (lub klasa związków) rozwinęły zdolność powielania się w ten sposób, że przypadkowo popełniały „błędy” które były dziedziczone. Błędy te czasami doprowadzały do powstania pokoleń cząsteczek, które mogły replikować się znacznie wydajniej niż ich poprzednicy. I oto mamy: ewolucja, a więc i życie.
Przez pewien czas po doświadczeniu Millera najbardziej prawdopodobnymi kandydatami na samoreplikujące się cząsteczki wydawały się białka, ponieważ uważano, że są zdolne do reprodukcji i samoorganizowania się. W końcu lat 50. Sidney W. Fox przeprowadził doświadczenia, które wsparły ten pogląd jeszcze bardziej. Powtarzając ogrzewanie, a następnie rozpuszczanie aminokwasów w wodzie, doprowadził do ich koagulacji w formie mikroskopijnych kulek składających się z krótkich łańcuchów białkowych.
Fox utrzymywał (i utrzymuje do dziś), że te „protenoidy" są pierwszymi komórkami, ale jego hipoteza jest raczej podawana w wątpliwość.
Dla wielu badaczy kwasy nukleinowe znacznie bardziej nadają się na samoreplikujące się cząsteczki. Prace Watsona, Cricka i innych pokazały, że białka są budowane zgodnie z instrukcjami zakodowanymi w DNA. Ale tu tkwi szkopuł. DNA nie może działać (w tym także replikować się) bez udziału białek katalitycznych, czyli enzymów. Mówiąc w skrócie, białka nie mogą powstać bez DNA, ale DNA nie może powstać bez białek. Rozważania te są klasycznym przykładem problemu kury i jajka: co było pierwsze, białko czy DNA?
Doświadczenia przeprowadzone na początku lat 80. przez biologów molekularnych Thomasa R. Cecha (University of Colorado w Boulder) i Sidneya Altmana (Yale University) zdają się dostarczać odpowiedzi — pierwsze było RNA. Już uprzednio badacze twierdzili, że RNA mogło być tą pierwszą samoreplikującą się cząsteczką, ale nikt nie wykazał, jak taki proces może zajść bez pomocy enzymów. Cech i Altman odkryli, że pewne rodzaje RNA mogą działać jak swoje własne enzymy, rozdzielając się na dwie części, a potem znów łącząc.
To odkrycie przyniosło obu naukowcom Nagrodę Nobla w 1989r. i szybko zostało wykorzystane przez uczonych zajmujących się początkami życia. Zdali oni sobie bowiem sprawę, że skoro RNA może działać jak enzym, to może również tworzyć swe własne kopie bez pomocy białek. RNA może być genem i enzymem, jajkiem i kurą.
W 1986 r. biolog Walter Gilbert z Harvard University wprowadził termin „świat RNA". Według Gilberta pierwsze organizmy składały się z prostych samoreplikujących się cząstek RNA. W trakcie rozwoju organizmy te nauczyły się syntetyzować zarówno białka przyspieszające proces replikacji, jak i lipidy, które mogły tworzyć ściany komórek. W końcu organizmy te wytworzyły DNA, który jest o wiele pewniejszym magazynem informacji genetycznej.
Biolodzy odnieśli pewne sukcesy w odtwarzaniu różnych etapów omawianego procesu w warunkach laboratoryjnych. I tak zbudowano cząsteczki RNA mogące działać jak enzymy rozcinające i sklejające cząsteczki, w tym także same siebie, i robiące to w sposób powtarzalny.
Wraz z bardziej szczegółowym badaniem koncepcji „świata RNA" pojawiało się coraz więcej problemów. Jak powstaje RNA? Zsyntetyzowanie RNA i jego składników jest trudne w najdoskonalszych laboratoryjnych warunkach, a z pewnością jeszcze trudniejsze w prawdziwie abiotycznych okolicznościach. Na przykład, procesowi powstawania cukru rybozy, głównego składnika RNA, towarzyszy synteza wielu innych cukrów, które hamują syntezę RNA.
Ryc. 1. Według Gilberta pierwsze organizmy składały się
z prostych samoreplikujących się cząsteczek RNA.
Nikt też nie wie, dlaczego stosunkowo rzadki w naturze pierwiastek, jakim jest fosfor, stał się tak istotnym składnikiem RNA (i DNA).
Jak uważają niektórzy naukowcy, gdy już otrzymamy RNA, to może on tworzyć swoje kopie, ale tylko przy naszej ogromnej pomocy. Wydaje się więc, że doświadczenia symulujące pierwsze fazy powstania tego świata są zbyt skomplikowane, by odpowiadać prawdzie.
Droga do RNA musi prowadzić przez związek prostszy i możliwe, że zupełnie odmienny od znanych nam. Zidentyfikowanie takiej substancji nie będzie łatwe. Trzeba będzie wyjść poza dobrze znaną chemię kwasów nukleinowych i zaczynać praktycznie od zera.
Jeśli nawet uda się stworzyć w laboratorium coś podobnego do żywego organizmu, to i tak nie będzie wiadomo, czy tak odbyło się to naprawdę. Ruchy tektoniczne, zjawiska wulkaniczne i erozja zatarły większość śladów z pierwszego miliarda lat istnienia Ziemi. Nawet by określić wiek Ziemi, trzeba badać meteoryty, które są reliktami z epoki, gdy Układ Słoneczny powstał z chmury gazu i pyłu. Stopień rozpadu promieniotwórczego w meteorytach wskazuje, że ich wiek wynosi około 4,5 miliarda lat Taki jest też wiek Ziemi.
Aby ustalić warunki w jakich powstało życie, trzeba wiedzieć, kiedy to nastąpiło. Dawniej sądzono, że upłynęły miliardy lat, zanim pojawiły się żywe organizmy. Przekonanie to wynikało stąd. iż kopalne ślady organizmów wielokomórkowych, począwszy od trylobitów a skończywszy na neandertalczyku, pochodzą z ostatnich 600 milionów lat (np. Homo sapiens pojawił się mniej niż milion lat temu). W ostatnich dziesięcioleciach paleontolodzy przekonali się, że zanim pojawiły się organizmy wielokomórkowe, przez miliardy lat zamieszkiwały Ziemię organizmy tak proste jak jednokomórkowe glony. Schopf wraz z innymi badaczami zgromadził, jak sam sądzi, przekonywające dowody na istnienie życia co najmniej 3,5 mld lat temu. Dowody te pochodzą z dwóch grup skamieniałości w Australii i w Afryce Południowej. Ich wiek oszacowano metodą izotopową. Jedną grupę stanowią uwarstwione, zielono-brązowe skały będące kiedyś stromatolitami, tworami zawdzięczającymi swe powstanie jednokomórkowym glonom — sini¬com (stromatolity powstają również obecnie). Druga grupa skamieniałości to mikroskopijne odciski łańcuchów komórek przypominających współczesne sinice. Schopf uważa, że te stare organizmy były zdolne do fotosyntezy i wydzielały tlen jako produkt uboczny.
Manfred Schidlowski (Max Planck Institute w Mainz) sądzi, że znalazł dowody na istnienie fotosyntezujących organizmów żyjących jeszcze wcześniej. Ten dowód to osadowe, częściowo stopione skały z Isua na Grenlandii. Ich wiek określa się na 3,8 miliarda lat i są to najstarsze skały na Ziemi, które mogą dostarczyć wielu informacji. (Absolutny rekord należy do kryształów cyrkonu z Australii, których wiek wynosi 4,2 miliarda lat, ale jest to wszystko, czego można się dowiedzieć o ich przeszłości). Skały z Isua są osadowe, a więc ich powstanie związane jest z wodą, substancją niezbędną do życia. Obecność węgla w tych skałach wskazuje na występowanie organizmów syntezujących, które preferują tylko określone izotopy węgla.
Dwa lata temu grupa badaczy pod kierownictwem geofizyka Davida J. Stevensona (California Institute of Technology) i niezależnie od nich Norman H. Sleep (Stanford University), ogłosiła swoje wnioski z analizy kraterów księżycowych, które są śladami z młodości Układu Słonecznego. Z analiz tych wynika, że meteoryty i komety spadające na Ziemię mogły opóźnić pojawienie się życia o setki milionów lat Wiele z tych obiektów kosmicznych mogło być większe niż ten, który uważa się za przyczynę wymarcia dinozaurów na przełomie okresu kredowego i trzeciorzędu (65 milionów lat temu), a mający średnicę ocenianą na 10 km. Jak twierdzi Sleep uderzenia tak wielkich obiektów mogły powodować wydzielanie się ilości ciepła wystarczającej do zagotowania się powierzchni Oceanów, a nawet do ich całkowitego wyparowania. Po uderzeniu do atmosfery przedostawała się ogromna chmura pyłu i stopionych skał. Skutki takiego zderzenia były dramatyczne: życie, rodzące się na powierzchni lądów lub w pobliżu powierzchni oceanów, zostałoby zniszczone, aż do momentu odrodzenia się — 3,8 miliarda lat temu. Szczególnie ucierpiałyby organizmy fotosyntezujące.
W dodatku skład atmosfery w tym okresie mógł wcale nie sprzyjać syntezie związków organicznych. Tradycyjny pogląd na skład atmosfery powstał na początku lat 50. Zakładał on istnienie atmosfery o uproszczonym składzie, zawierającej głównie gazy bogate w wodór jak np. metan i amoniak, podobnie jak w atmosferach Saturna, Jowisza i Uranu. To właśnie zainspirowało Millera, do prze¬prowadzenia w 1953 r. swego eksperymentu.
W ostatnim dziesięcioleciu narastały jednak wątpliwości. Doświadczenia oraz symulacje komputerowe wskazują, że ultrafioletowe promieniowanie słoneczne, dziś zatrzymywane przez warstwę ozonu, mogło niszczyć cząsteczki gazów, a uwalniany wodór mógł uciec w przestrzeń kosmiczną.
Tak więc głównym składnikiem atmosfery był dwutlenek węgla i azot wydzielany przez wulkany. Taki skład atmosfery nie jest odpowiedni dla syntezy aminokwasów i innych prekursorów życia. Ponadto, jak wynika z obliczeń Jamesa F. Kastinga (Pennsylvania State University) dwutlenek węgla wywoływał efekt cieplarniany powodujący wzrost temperatury, aż do punktu wrzenia wody.
Niemniej wyniki badań nad uderzeniami meteorytów oraz nad składem atmosfery w połączeniu z przekonaniem o istnieniu prymitywnych organizmów już 3,8 miliarda lat temu skłoniły niektórych naukowców do zmiany poglądów na temat miejsca powstania życia. Zaczęto podejrzewać, że miejscem tym nie były mętne, płytkie rozlewiska w strefie przypływów, ale raczej głębiny oceanów. W końcu lat 70, w pobliżu wysp Galapagos odkryto na dnie morskim gorące źródła (otwory hydrotermalne).
Ryc. 2. Pierwsze komórki przypominały prawdopodobnie
prymitywne glony — sinice, np. Nostoc.
 Źródła takie utrzymują skupiska bogatego życia obejmujące wieloszczety, małże i bakterie, które energię czerpią ze związków siarki a nie ze światła słonecznego. Otworów takich odkryto już dziesiątki, szczególnie dużo w pobliżu podmorskich grzbietów występujących z reguły w miejscach szczelin pomiędzy płytkami tektonicznymi.
Głównym rzecznikiem hipotezy, że otwory hydrotermalne były kolebką życia, jest jeden z ich odkrywców, John B. Corliss z NASA Goddard Space Flight Center. Zdaniem Corlissa otwory mogły dostarczać energię oraz składniki niezbędne dla powstania i utrzymania życia. Wnętrze otworu jest praktycznie niewrażliwe na wszelkie niekorzystne wpływy, pomijając uderzenia największych meteorytów lub bezpośrednie oddziaływanie wysokich temperatur. (Corliss uważa, że współczesne gatunki żyjące raczej w chłodniejszych wodach poza otworami są najprawdopodobniej przybyszami a nie bezpośrednimi potomkami pierwotnych mieszkańców otworów.) Bardzo istotny fakt, przemawiający za hipotezą otworów hydrotermalnych pochodzi z badań jednokomórkowych organizmów prowadzonych przez Carla R. Woese (University of Illinois w Urbana-Champaign). Woese analizował genetyczną strukturę tych organizmów i na tej podstawie wyodrębnił specyficzną klasę mikrooganizmów. które przeszły najmniejsze przemiany ewolucyjne spośród wszystkich żyjących gatunków. Organizmy te nazywał aichebakteriami. Wszystkie one występują w środowiskach gorących (niektóre potrafią przetrwać w temperaturze 120CC). Są wśród nich także organizmy beztlenowe, występujące w środowiskach kwaśnych ze stałym dopływem siarki. Takie właśnie warunki panują w hydrotermalnych otworach.
Miller podkreśla, że współczesne otwory hydrotermalne mogą istnieć tylko kilkadziesiąt lat, po czym zaczopowują się. Wykonał on doświadczenie wykazujące, że supergorąca woda w źródłach (niekiedy o temperaturze wyższej niż 300°C) raczej niszczy złożone związki organiczne niż sprzyja ich powstaniu.
Niemniej hipoteza otworów hydrotermalnych wspiera trzy teorie o powstaniu życia (dwie nowe i jedną nieco przykurzoną), które stanowią alternatywę dla hipotezy RNA. Nąjnowsza i najbardziej niezwykła teoria jest dziełem równic niezwykłego teoretyka Guntera Wachtershausera. Wachtershauser jest prawnikiem, który założył i nadzoruje firmę patentową w Monachium. Jest ponadto dok¬torem chemii organicznej i człowiekiem niezmiennie interesującym się powstaniem życia.
Wachtershauser uznaje za początek życia proces metaboliczny, czyli cykliczną chemiczną reakcję mającą źródło energii, a zachodzącą na powierzchni ciała stałego. Wspomniane ciało stałe to piryt (złoto głupców), minerał składający się z atomu żelaza i dwóch atomów siarki. Piryt jest znajdowany w źródłach hydrotermalnych. Ma ponadto dodatnio naładowaną powierzchnię, na której, zgodnie z teorią Wachtershausera, mogą być związane proste związki organiczne. Ciągły proces rośnięcia pirytu sprawia, że wytwarza on energię w postaci elektronów, co umożliwia reakcje chemiczne między związkami organicznymi i tworzenie nowych o większym stopniu złożoności.
Jak przypuszcza Wachtershauser, pierwszą komórką był kryształ pirytu otoczony błoną związków organicznych. Taka komórka mogła rozmnożyć się, gdy kryształ przyrastając tworzył nowy „pączek" otoczony własną błoną, który następnie oddzielał się.
Wachtershauser przedstawił swoje poglądy w „Proceedings of the National Academy of Sciences", „Microbiology Reviews" i „Nature".
Nieco podobny do modelu Wachtershausera jest model zaproponowany przez Christiana R. de Duve, profesora z Rockefeller University, laureata Nagrody Nobla w 1974 r. za pracę nad strukturą komórki. Teoria de Duvea (przed¬stawiona w książce „Blueprint for a Celi") opiera się na związkach siarki tzw. tioestrach. Tioestry odgrywają ważną rolę w metabolizmie komórki, a w prymitywnych komórkach mogły pełnić rolę źródła energii.
De Duve sądzi, że tioestry występujące w pierwotnym ziemskim mule mogły uruchomić całą lawinę reakcji chemicznych przypominających te, które zachodzą w komórkach współczesnych organizmów. Reakcje te mogły być katalizowane przez „protoenzymy" również pochodzące od tioestrów. W końcu reakcje takie doprowadziły do syntezy kwasów rybonukleinowych, a więc wprowadzały w świat RNA. Powstanie tioestrów wymaga środowiska gorącego i kwaśnego, czyli takiego jakie panuje w otworach hydrotermalnych.
Już ponad dziesięć lat temu A. G. Cairns-Smith, chemik stworzył własną hipotezę. Zaproponował on, że życie powstało na powierzchni ciała stałego, które występuje prawie wszędzie, a mianowicie wybrał glinę (a raczej kryształy minerałów ilastych występujących w glinie). Cairns-Smith podkreśla, że wszystkie kryształy są zdolne do samoreplikacji, ale tylko kryształy minerałów zawartych w glinie charakteryzują się złożonością wystarczającą do tego, by zmieniać się i rozwijać w sposób podobny do organizmów żywych. Niektóre kryształy mogły rozwijać zdolność do przyciągania lub syntetyzowania związków organicznych takich, jak kwasy nukleinowe lub białka. W końcu, taki związek organiczny stawał się tak złożony, że mógł rozpocząć swoją własną replikację i ewolucję.
Propozycję, że złożone związki organiczne przybyły z kosmosu wysunął już w latach 60. Juan Oro z University of Houston. Pomysł ten zwrócił na siebie większą uwagę w momencie, gdy astronomowie zaczęli wykrywać coraz więcej związków organicznych, zarówno wokół poszczególnych gwiazd, jak i w przestrzeni międzygwiezdnej.
Aminokwasy znaleziono także w meteorytach / klany chondrytów węglowych, które stanowią 5% wszystkich meteorytów spadających nu Ziemię. Obserwacje, przechodzącej 5 lat temu w pobliżu Ziemi komety Halleya, wykazały obecność większej liczby związków organicznych niż w chondrytach węglowych.
Chondryty zawierają nawet węglowodory, alkohole i związki tłuszczowe, które mogły tworzyć błony chroniące prymitywne komórki. Z takich właśnie związków pochodzących z meteorytu, który spadł w pobliżu Murchison w Australii w 1969 r., David W. Deamer (biochemik z University of California w Davis) zbudował sferyczne błony (pęcherzyki). Jak twierdzi Deamer mogło w nich powstać środowisko, w którym aminokwasy, nukleotydy i inne związki przechodziły przemiany niezbędne dla zapoczątkowania życia.
Przekonanie, że uderzenia meteorytów mogły zarówno zapoczątkować życie, jak i opóźniać jego powstanie zostało uzasadnione w 1989 r. Odkryto bowiem aminokwasy tuż nad i pod warstwą gliny, pochodzącej z przełomu okresu kredowego i trzeciorzędu. Bada i Meixun Zhao (także z San Diego) stwierdzili, że aminokwasy te są niebiologicznego pochodzenia, tak jak te znajdowane do tej pory tylko W chondrytach. Ich odkrycie wspiera teorię, według której przyczyną wymarcia dinozaurów było zderzenie z obiektem kosmicznym, ale też wskazuje, że zderzenie takie mogło dostarczyć związki organiczne na Ziemię.
Pozostaje jednak pytanie: dlaczego aminokwasy znaleziono powyżej i poniżej warstwy granicznej, a nie w niej samej? Wyliczenia Christophera F. Chyby (paleontologa z Cornell University) a także innych naukowców wskazują, że obiekt kosmiczny wnoszący rzeczywiście znaczące ilości materiału organicznego musiał być bardzo duży. A więc przy zderzeniu wyzwalała się ilość ciepła wystarczająca do spopielenia większości tego materiału.
Wyjaśnienie zaproponowali w listopadzie 1990 r. Kevin J. Zahnle i David Grinspoon z NASA Ames. Według nich aminokwasy pochodzą z komety lub komet, które po prostu przeleciały blisko Ziemi w okresie przed i po wielkim zderzeniu na przełomie kredy i trzeciorzędu, zostawiając za sobą organiczny pył w warkoczu. W ten sam sposób Ziemia była obsypywana związkami organicznymi w początkach jej istnienia.
C. F. Chyba proponuje inne wyjaśnienie udziału wielkich zderzeń w dostarczaniu surowców potrzebnych dla po¬wstania życia. Otóż wysoka temperatura i fala uderzeniowa wyzwalane podczas zderzeń, mogły zapoczątkować w atmosferze reakcje chemiczne prowadzące do syntezy związków organicznych. Obiekty kosmiczne mogły też rozpadać się przed zderzeniem nu części na tyle małe, że były wyhamowywane w atmosferze i osiągały powierzchnię Ziemi prawie nietknięte.
Skrajną wersją „manny z przestrzeni kosmicznej" jest teoria panspermii. Teoria ta przedstawiona pod koniec XIX w. przez szwedzkiego chemika Svantc A. Arrhcniusa, zakładała, że drobnoustroje unoszące się w przestrzeni kosmicznej służyły jako „zarodki życia" na Ziemi. Podobne stanowisko zajmują współcześnie Hoyle i astronom ze Sri Lanki, N. Chandra Wiekramasinghe.
Upływa właśnie dziesięć lat od momentu, gdy Orgel i Crick zbulwersowali opinię publiczną i swoich kolegów twierdząc, że zarodki życia przybyły na Ziemię w statku kosmicznym wysłanym przez inteligentne istoty z innej planety. Jak mówi Orgel propozycja ta znana jako „ukierunkowana panspermia" była żartem. Ale intencje były poważne: miała wykazać nieadekwatność wszystkich teorii zakładających ziemskie początki życia. Crick napisał kiedyś: „Powstanie życia wydaje się cudem, bo potrzeba cudu, by spełnić tak wiele warunków do zaistnienia życia".
Jednak są naukowcy uważający powstanie życia za zjawisko całkiem powszechne, dalekie od cudu. John D. Rummell (prowadzący w NASA program tzw. egzobiologii) twierdzi, że duża szybkość z jaką życie powstało na Ziemi oraz bogactwo cząsteczek organicznych w przestrzeni kosmicznej wskazuje na możliwość występowania żyda gdzieś we Wszechświecie. Znalezienie na to dowodów będzie nie tylko epokowym wydarzeniem, ale pomoże rozjaśnić same początki życia.
NASA rozszerza program poszukiwań pozaziemskich inteligencji, polegający na monitorowaniu promieniowania elektromagnetycznego w celu wychwycenia sygnałów, któ¬re mogą być generowane przez inne cywilizacje. Przez najbliższe 10 lat NASA zamierza badać sygnały z całego nieba, koncentrując się na 700 względnie bliskich gwiaz¬dach, które są podejrzane o posiadanie ułamków planetarnych. NASA wprowadziła do użytku nowy sprzęt umożliwiający pojedynczemu radioteleskopowi jednoczesną pracę na miliardach kanałów i wychwytywanie sygnałów interesujących naukowców.
Na nowo bada się możliwość powstania życia na Marsie, najbliższym sąsiedzie Ziemi. Jak twierdzi McKay, naukowiec z NASA, Mars i Ziemią w początkowych kilkuset milionach lat były do siebie bardzo podobne. Na czerwonej planecie widoczne są ślady płynących wód, w postaci łożysk starych rzek i błotnistych kanałów. Fakt ten według McKaya świadczy o istniejącej kiedyś na Marsie ciepłej atmosferze z dwutlenku węgla.
Statek kosmiczny „Viking", który wylądował na Marsie w latach 70. nic znalazł śladów życia. Ale jak sądzi McKay, przyszłe misje znajdą je w postaci skamielin lub znajdą nawet żywe organizmy, gdyż jak się okazuje drobnoustroje można odkryć w najmniej prawdopodobnych miejscach. McKay i inni badacze znaleźli gęste skupiska drobnoustrojów na dnie zamarzniętych przez lata antarktycznych jezior. Lodowaty i suchy klimat Antarktyki przypomina klimat Marsa. Bakterie znajdowano także w złożach ropy na głębokości tysięcy stóp, w złożach soli i oczywiście w otworach hydrotermalnych na dnie oceanów. McKay twierdzi, że Mars powinien być idealnym miejscem do robienia wykopalisk, ponieważ jest zamarznięty od czterech miliardów lat i nie ma płyt tektonicznych. Przyznaje jednak, że Mars nie ma potencjalnie ważnego czynnika, jakim jest oddziaływanie Księżyca.
Miller, który od niemal czterdziestu lat stara się poznać największą tajemnicę życia, zgadza się z potrzebą epokowego odkrycia, które zahamowałoby mnożące się spekulacje. Ale jest przekonany, że nastąpi to raczej w ziemskich laboratoriach. Uważa, że potrzeba więcej prac eksperymentalnych, a nie nowych teorii
Czy kiedykolwiek przyszło mu do głowy, że powstanie życia to cud, którego człowiek nie powtórzy? Miller odpowiada, że nie. „Sądzę, że nie poznaliśmy jeszcze odpowiedniego triku. Ale kiedy znajdziemy odpowiedź, to będzie ona tak prosta, że wszyscy spytamy: Dlaczego nie pomyślałem o tym wcześniej?".
Oprać. Bogdan Flis


Literatura uzupełniająca:

Do wypożyczenia:
Hoimar von Ditfurth - Na początku był wodór; (Jedna z najlepszych książek o powstaniu życia)

Multimedia:
Czterdziesto-minutowy film o życiu w okolicach źródeł hydrotermalnych
Prosto podane dowody na nie-nadprzyrodzone pochodzenie życia na ziemi







Zachęcamy do dyskusji na temat podanych w artykule treści
oraz wklejania linków do materiałów multimedialnych.
Redakcja. 

Brak komentarzy:

Prześlij komentarz