Udviklede livet sig mere end én gang? Forskere nærmer sig et svar

Udviklede livet sig mere end én gang? Forskere nærmer sig et svar

Tidsstempel: 1. juni 2023 kl. 10

Fra sin ydmyge oprindelse har livet inficeret hele planeten med endeløse smukke former. Livets tilblivelse er den ældste biologiske begivenhed, så gammel, at ingen klare beviser blev efterladt andet end eksistensen af ​​selve livet. Dette efterlader mange spørgsmål åbne, og en af ​​de mest fristende er, hvor mange gange livet på magisk vis opstod fra ikke-levende elementer.

Har alt liv på Jorden kun udviklet sig én gang, eller er forskellige levende væsener skåret af forskellige klæder? Spørgsmålet om, hvor svært det er for liv at opstå, er interessant, ikke mindst fordi det kan kaste lidt lys over sandsynligheden for at finde liv på andre planeter.

Livets oprindelse er et centralt spørgsmål i moderne biologi, og nok det sværeste at studere. Denne begivenhed fandt sted fire milliarder år siden, og det skete på et molekylært niveau, hvilket betyder, at der er lidt fossile beviser tilbage.

Mange livlige begyndelser er blevet foreslået, fra usmagelige ursupper til det ydre rum. Men den nuværende videnskabelige konsensus er, at liv opstod fra ikke-levende molekyler i en naturlig proces kaldet abiogenese, højst sandsynligt i mørket hydrotermiske dybhavsventiler. Men hvis livet dukkede op én gang, hvorfor så ikke flere gange?

Hvad er abiogenese?

Forskere har foreslået forskellige på hinanden følgende trin til abiogenese. Vi ved, at Jorden var rig på flere kemikalier, såsom aminosyrer, en type molekyler kaldet nukleotider eller sukkerarter, som er livets byggesten. Laboratorieeksperimenter, såsom den ikoniske Miller-Urey eksperiment, har vist, hvordan disse forbindelser naturligt kan dannes under forhold svarende til den tidlige Jord. Nogle af disse forbindelser kunne også være kommet til Jorden på meteoritter.

Dernæst kombinerede disse simple molekyler for at danne mere komplekse molekyler, såsom fedtstoffer, proteiner eller nukleinsyrer. Det er vigtigt, nukleinsyrer - såsom dobbeltstrenget DNA eller dets enkeltstrengede fætter RNA-kan gemme den information, der er nødvendig for at bygge andre molekyler. DNA er mere stabilt end RNA, men i modsætning hertil kan RNA indgå i kemiske reaktioner, hvor en forbindelse laver kopier af sig selv - selvreplikation.

"RNA-verden" hypotese tyder på, at det tidlige liv kan have brugt RNA som materiale for både gener og replikation før fremkomsten af ​​DNA og proteiner.

Når først et informationssystem kan lave kopier af sig selv, starter naturlig selektion. Nogle af de nye kopier af disse molekyler (som nogle ville kalde "gener") vil have fejl eller mutationer, og nogle af disse nye mutationer vil forbedre replikationsevnen af molekylerne. Derfor vil der med tiden være flere kopier af disse mutanter end andre molekyler, hvoraf nogle vil akkumulere yderligere nye mutationer, hvilket gør dem endnu hurtigere og mere rigelige, og så videre.

Til sidst udviklede disse molekyler sandsynligvis en lipid (fedt) grænse, der adskiller organismens indre miljø fra det ydre og danner protoceller. Protoceller kunne koncentrere og organisere bedre de molekyler, der er nødvendige i biokemiske reaktioner, hvilket giver en indesluttet og effektiv metabolisme.

Livet på gentagelse?

Abiogenese kunne være sket mere end én gang. Jorden kunne have født selvreplikerende molekyler flere gange, og måske bestod det tidlige liv i tusinder eller millioner af år af en masse forskellige selvreplikerende RNA-molekyler med uafhængig oprindelse, der konkurrerede om de samme byggesten. Ak, på grund af den ældgamle og mikroskopiske karakter af denne proces, kan vi aldrig vide det.

Mange laboratorieforsøg har med succes reproduceret forskellige stadier af abiogenese, hvilket beviser, at de kunne ske mere end én gang, men vi har ingen sikkerhed for, at disse har fundet sted i fortiden.

Et relateret spørgsmål kunne være, om nyt liv opstår ved abiogenese, mens du læser dette. Dette er dog meget usandsynligt. Jorden var tidligt steril af liv, og de fysiske og kemiske forhold var meget forskellige. I dag, hvis der et eller andet sted på planeten var ideelle betingelser for, at nye selvreplikerende molekyler kunne dukke op, ville de omgående blive chompet af eksisterende liv.

Hvad vi ved er, at alle eksisterende livsvæsener nedstammer fra en enkelt fælles sidste universel fælles forfader til livet (også kendt som LUCA). Hvis der var andre forfædre, efterlod de ingen efterkommere. Nøglebeviser understøtter eksistensen af ​​LUCA. Alt liv på Jorden bruger den samme genetiske kode, nemlig overensstemmelsen mellem nukleotider i DNA kendt som A, T, C og G - og den aminosyre, de koder for i proteiner. For eksempel svarer sekvensen af ​​de tre nukleotider ATG altid til aminosyren methionin.

Teoretisk set kunne der dog have været flere genetiske kodevarianter mellem arter. Men alt liv på Jorden bruger den samme kode med et par mindre ændringer i nogle slægter. Biokemiske veje, såsom dem der bruges til at metabolisere mad, understøtter også eksistensen af ​​LUCA; mange uafhængige veje kunne have udviklet sig i forskellige forfædre, men nogle (såsom dem, der bruges til at metabolisere sukkerarter) er delt på tværs af alle levende organismer. Tilsvarende er hundredvis af identiske gener til stede i forskellige levende væsener, hvilket kun kan forklares ved at være arvet fra LUCA.

Min yndlingsstøtte til LUCA kommer fra Livets Træ. Uafhængige analyser, nogle ved hjælp af anatomi, metabolisme eller genetiske sekvenser, har afsløret et hierarkisk mønster af slægtskab, der kan repræsenteres som et træ. Dette viser, at vi er mere relateret til chimpanser end med nogen anden levende organisme på Jorden. Chimpanser og vi er mere i familie med gorillaer og sammen med orangutanger og så videre.

Du kan vælge en hvilken som helst tilfældig organisme, fra salaten i din salat til bakterierne i din bioaktive yoghurt, og hvis du rejser langt nok tilbage i tiden, vil du dele en faktisk fælles forfader. Dette er ikke en metafor, men en videnskabelig kendsgerning.

Dette er et af de mest overvældende begreber i videnskaben, Darwins enhed af livet. Hvis du læser denne tekst, er du her takket være en uafbrudt kæde af reproduktive begivenheder, der går milliarder af år tilbage. Hvor spændende det end er at tænke på, at liv gentagne gange dukker op på vores planet, eller andre steder, er det endnu mere spændende at vide, at vi er i familie med alle livsvæsener på planeten.The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs oprindelige artikel.

Billede Credit: Giovanni Cancemi / Shutterstock.com

Tidsstempel:

Mere fra Singularitet Hub