Teoria pochodzenia życia
Michał Surma | 2005-12-16
Pierwszą skamielinę komórki prokariotycznej odnaleziono w skałach liczących 3,5 miliarda lat. Ta datę obecnie uznaje się za początek życia na Ziemi. Jednak jak na nagiej planecie, bez śladów tlenu o powierzchni będącej ciągle naświetlanej promieniowaniem ultrafioletowym, w wysokiej temperaturze powstały pierwsze komórki? Obecnie najpopularniejsza i najbardziej prawdopodobna jest teoria "prazupy". W latach pięćdziesiątych została ona sprawdzona przez Miller’a i Urey’a. Na podstawie badań geofizycznych ustalono, że ówczesna atmosfera składała się w głównej mierze z azotu, wodoru, pary wodnej, amoniaku, metanu, tlenków węgla, siarkowodoru. Powierzchnia planety była pokryta praoceanem, a gazy te były w ciągłej cyrkulacji. Atmosferę przeszywały ciągłe wyładowania atmosferyczne. W takich warunkach proste cząsteczki nieorganiczne wykazują samorzutną tendencję do łączenia się w dużo bardziej skomplikowane związki.
W aparaturze odtworzonej przez obu chemików, imitującej ówczesne warunki, doprowadzili oni do samorzutnej syntezy związków wśród których wykryto proste kwasy organiczne, aminokwasy, mocznik. Zmieniając skład i proporcje atmosfery (niestety żadne badania nie są w stanie jednoznacznie stwierdzić jej składu) doprowadzono nawet do syntezy ATP czy też zasad pirymidynowych i purynowych, składników kwasów nukleinowych. Początkowo sądzono, że w owym oceanie, czy też może w szeregu przybrzeżnych kałuż które on tworzył, w cieple i przy napromieniowaniu ultrafioletem, przy udziale wyładowań atmosferycznych powstawały właśnie takie proste związki organiczne. MikrosferyTe związki organiczne miały następnie samorzutnie łączyć się w dłuższe łańcuchy, czyli polimery na przykład białka lub kwasy nukleinowe, nazywane protobiontami (samoistnie powstałe białko to protenoid). Jednak każda z tych reakcji jest reakcją kondesacji z wydzieleniem wody, więc nie mogłyby zajść w praoceanie.
Naukowcy, a w szczególności Oparin stwierdzili, że tego typu reakcje kondesacji polimerów zachodziły na powierzchni skał lub iłów (mają one właściwości wiążące oraz, przez obecność jonów metali, katalizujące), gdzie z biegiem czasu stężenie polimerów i innych związków organicznych było bardzo wysokie. Kolejno, także całkowicie samorzutnie, związki te miały organizować się w coraz to bardziej złożone struktury. Naukowcy dokonali syntezy takich struktur. Jedną z nich jest tak zwana mikrosfera, powstała z dodania wody do protenoidów. Zbudowana jest ona z pojedynczej błony białkowej, choć istnieją także dwubłonowe. Wewnątrz tych mikrosfer panuje nieco odmienne środowisko o właściwościach enzymatyczno-katalizujących, gdzie zachodzą skomplikowane reakcje syntezy np. skrobi.
Innym typem takich struktur są koacerwaty złożone z dwóch lub większej ilości związków organicznych zorganizowanych sferycznie z błoną. Mają one zdolność pobierania substratów i enzymów z środowiska i przeprowadzania reakcji syntezy w swoim wnętrzu. Zarówno koacerwaty jak i mikrosfery wykazują tendencje do rozrastania się i samorzutnego dzielenia na mniejsze po przekroczeniu pewnej masy. Jednak skład tych struktur jak i właściwości przejawiane przez każdą z nich były dziełem przypadku i podlegały tylko prawom prawdopodobieństwa. Potrzebny był system który zapewniłby odtwarzanie zawsze tego samego typu struktury, co mogło umożliwić gromadzenie się drobnych, korzystnych przystosowawczo zmian w podstawowym planie budowy. Niezbędna była zatem substancja zdolna do zarówno samoreplikacji jak i do kodowania w swojej strukturze informacji o budowie innych substancji. Taką substancją są kwasy nukleinowe. Większość badaczy uważa obecnie że kwasy nukleinowe i inne mikrocząsteczki (koacerwaty i mikrosfery zbudowane z białek) ewoluowały niezależnie by w końcu dojść do obecnego schematu zapisywania i odczytywania informacji genetycznej (z wyjątkami, typu: retrowirusy, priony): DNA -> RNA -> białko.
Początkowo większą rolę odgrywał RNA, a DNA pojawił się później. Kwas nukleinowy jako magazyn informacji wykształcił się prawdopodobnie wskutek powinowactwa niektórych aminokwasów do odpowiednich sekwencji nukleotydów, oraz jego właściwości chemicznych oddziaływujących na białka, w szczególności właściwości enzymatycznych. Jednak kiedy doszło do sprzężenia systemu kodowania ze strukturą typu koacerwatu czy mikrosfery, co w rezultacie doprowadziło do pierwszego niezależnego tworu organicznego trwałego w czasie, zawierającego program swojej budowy i zdolnego do autonomicznego namnażania się według tego programu oraz przetwarzania prostych związków w swoje własne elementy, co odpowiada współczesnej definicji organizmu żywego? - tego nie wiemy.
------
Autor artykułu jest członkiem:
*Przybysz* Studenckie Koło Naukowe Biotechnologów Uniwersytetu Wrocławskiego