Od swojego skromnego pochodzenia życie zaraziło całą planetę nieskończonymi pięknymi formami. Geneza życia jest najstarszym wydarzeniem biologicznym, tak starym, że nie pozostawiono żadnych wyraźnych dowodów poza istnieniem samego życia. Pozostawia to wiele pytań otwartych, a jednym z najbardziej kuszących jest to, ile razy życie magicznie wyłoniło się z nieożywionych elementów.

Czy całe życie na Ziemi ewoluowało tylko raz, czy też różne żywe istoty są wycięte z różnych tkanin? Pytanie, jak trudno jest powstać życiu, jest interesujące – nie tylko dlatego, że może rzucić nieco światła na prawdopodobieństwo znalezienia życia na innych planetach.

Pochodzenie życia jest centralnym zagadnieniem współczesnej biologii i prawdopodobnie najtrudniejszym do zbadania. To wydarzenie miało miejsce cztery miliardy lat temu i miało miejsce na poziomie molekularnym, co oznacza, że ​​pozostało niewiele dowodów kopalnych.

Sugerowano wiele żywych początków, od niesmacznych pierwotnych zup po przestrzeń kosmiczną. Ale obecny konsensus naukowy jest taki, że życie wyłoniło się z nieożywionych cząsteczek w naturalnym procesie zwanym abiogenezą, najprawdopodobniej w ciemności głębinowych kominów hydrotermalnych. Ale jeśli życie pojawiło się raz, dlaczego nie więcej razy?

Czym jest abiogeneza?

Naukowcy zaproponowali różne kolejne etapy abiogenezy. Wiemy, że Ziemia była bogata w kilka substancji chemicznych, takich jak aminokwasy, rodzaj cząsteczek zwanych nukleotydami lub cukrami, które są budulcem życia. Eksperymenty laboratoryjne, takie jak kultowy eksperyment Millera-Ureya, pokazały, w jaki sposób związki te mogą naturalnie powstawać w warunkach podobnych do wczesnych ziemskich. Niektóre z tych związków mogły również przybyć na Ziemię na meteorytach.

Następnie te proste cząsteczki łączą się, tworząc bardziej złożone, takie jak tłuszcze, białka lub kwasy nukleinowe. Co ważne, kwasy nukleinowe — takie jak dwuniciowy DNA lub jego jednoniciowy kuzyn RNA — mogą przechowywać informacje potrzebne do budowy innych cząsteczek. DNA jest bardziej stabilny niż RNA, ale w przeciwieństwie do tego, RNA może być częścią reakcji chemicznych, w których związek tworzy swoje kopie – samoreplikację.

Hipoteza „świata RNA” sugeruje, że wczesne życie mogło wykorzystywać RNA jako materiał zarówno dla genów, jak i replikacji przed pojawieniem się DNA i białek.

Kiedy system informacyjny może tworzyć swoje kopie, zaczyna działać dobór naturalny. Niektóre z nowych kopii tych cząsteczek (które niektórzy nazwaliby „genami”) będą zawierały błędy lub mutacje, a niektóre z tych nowych mutacji poprawią zdolność replikacji cząsteczek. Dlatego z biegiem czasu będzie więcej kopii tych mutantów niż innych cząsteczek, z których niektóre będą gromadzić dalsze nowe mutacje, czyniąc je jeszcze szybszymi i liczniejszymi, i tak dalej.

Ostatecznie cząsteczki te prawdopodobnie wyewoluowały lipidową (tłuszczową) granicę oddzielającą środowisko wewnętrzne organizmu od środowiska zewnętrznego, tworząc protokomórki. Protokomórki mogą lepiej koncentrować i organizować cząsteczki potrzebne w reakcjach biochemicznych, zapewniając ograniczony i wydajny metabolizm.

Życie na powtórce?

Abiogeneza mogła mieć miejsce więcej niż jeden raz. Ziemia mogła kilka razy zrodzić samoreplikujące się cząsteczki, a być może wczesne życie przez tysiące lub miliony lat składało się po prostu z wielu różnych samoreplikujących się cząsteczek RNA o niezależnym pochodzeniu, konkurujących o te same elementy budulcowe. Niestety, ze względu na starożytny i mikroskopijny charakter tego procesu, być może nigdy się tego nie dowiemy.

Wiele eksperymentów laboratoryjnych z powodzeniem odtworzyło różne etapy abiogenezy, udowadniając, że mogą wystąpić więcej niż jeden raz, ale nie mamy pewności, że miały one miejsce w przeszłości.

Powiązane pytanie może dotyczyć tego, czy nowe życie powstaje w wyniku abiogenezy, kiedy to czytasz. Jest to jednak bardzo mało prawdopodobne. Wczesna Ziemia była jałowa pod względem życia, a warunki fizyczne i chemiczne były bardzo różne. W dzisiejszych czasach, gdyby gdzieś na planecie istniały idealne warunki do pojawienia się nowych, samoreplikujących się molekuł, natychmiast zostałyby one pożarte przez istniejące życie.

Wiemy natomiast, że wszystkie istniejące istoty żyjące wywodzą się od jednego wspólnego ostatniego uniwersalnego wspólnego przodka życia (znanego również jako LUCA). Jeśli byli inni przodkowie, nie pozostawili po sobie potomków. Kluczowe dowody potwierdzają istnienie LUCA. Całe życie na Ziemi używa tego samego kodu genetycznego, a mianowicie zgodności między nukleotydami w DNA znanymi jako A, T, C i G – a kodowanym przez nie aminokwasem w białkach. Na przykład sekwencja trzech nukleotydów ATG zawsze odpowiada aminokwasowi metioninie.

Teoretycznie jednak między gatunkami mogło istnieć więcej wariantów kodu genetycznego. Ale całe życie na Ziemi używa tego samego kodu z kilkoma drobnymi zmianami w niektórych liniach. Ścieżki biochemiczne, takie jak te używane do metabolizowania żywności, również potwierdzają istnienie LUCA; wiele niezależnych ścieżek mogło wyewoluować u różnych przodków, jednak niektóre (takie jak te używane do metabolizowania cukrów) są wspólne dla wszystkich żywych organizmów. Podobnie, setki identycznych genów są obecne w różnych żywych istotach, co można wytłumaczyć jedynie dziedziczeniem po LUCA.

Moje ulubione wsparcie dla LUCA pochodzi z Drzewa Życia. Niezależne analizy, niektóre wykorzystujące anatomię, metabolizm lub sekwencje genetyczne, ujawniły hierarchiczny wzór pokrewieństwa, który można przedstawić jako drzewo. To pokazuje, że jesteśmy bardziej spokrewnieni z szympansami niż z jakimkolwiek innym żywym organizmem na Ziemi. Szympansy i my jesteśmy bardziej spokrewnieni z gorylami, a razem z orangutanami i tak dalej.

Możesz wybrać dowolny przypadkowy organizm, od sałaty w sałatce po bakterie w bioaktywnym jogurcie, a jeśli cofniesz się wystarczająco daleko w czasie, będziesz mieć wspólnego wspólnego przodka. To nie metafora, ale fakt naukowy.

Jest to jedna z najbardziej zadziwiających koncepcji w nauce, darwinowska jedność życia. Jeśli czytasz ten tekst, jesteś tutaj dzięki nieprzerwanemu łańcuchowi zdarzeń rozrodczych, które sięgają miliardów lat wstecz. Choć ekscytujące jest myślenie o życiu, które nieustannie pojawia się na naszej planecie lub gdzie indziej, jeszcze bardziej ekscytująca jest świadomość, że jesteśmy spokrewnieni ze wszystkimi żywymi istotami na planecie.