Onko elämä kehittynyt useammin kuin kerran? Tutkijat lähestyvät vastausta

Onko elämä kehittynyt useammin kuin kerran? Tutkijat lähestyvät vastausta

Aikaleima: 1. kesäkuuta 2023 10

Nöyrästä alkuperästään lähtien elämä on saastuttanut koko planeetan loputtomilla kauniilla muodoilla. Elämän synty on vanhin biologinen tapahtuma, niin vanha, ettei jäljelle jäänyt muuta selkeää näyttöä kuin itse elämän olemassaolo. Tämä jättää monia kysymyksiä auki, ja yksi kiehtovimmista on se, kuinka monta kertaa elämä syntyi taianomaisesti ei-elävistä elementeistä.

Onko koko elämä maapallolla kehittynyt vain kerran vai leikataanko eri eläviä olentoja eri kankaista? Kysymys siitä, kuinka vaikeaa elämän ilmaantuminen on, on mielenkiintoinen, ei vähiten siksi, että se voi valaista elämän todennäköisyyttä muilta planeetoilta.

Elämän alkuperä on nykyajan biologian keskeinen kysymys ja luultavasti vaikein tutkia. Tämä tapahtuma tapahtui neljä miljardia vuotta sitten, ja se tapahtui molekyylitasolla, mikä tarkoittaa, että fossiilisia todisteita on vain vähän.

Monia eloisia alkuja on ehdotettu epämiellyttävistä alkuperäiskeitoista avaruuteen. Mutta nykyinen tieteellinen konsensus on, että elämä syntyi ei-elävistä molekyyleistä luonnollisessa prosessissa, jota kutsutaan abiogeneesiksi, todennäköisimmin syvänmeren hydrotermiset tuuletusaukot. Mutta jos elämä syntyi kerran, miksi ei useamminkin?

Mikä on Abiogenesis?

Tiedemiehet ovat ehdottaneet useita peräkkäisiä vaiheita abiogeneesille. Tiedämme, että maapallolla oli runsaasti useita kemikaaleja, kuten aminohappoja, tietyntyyppisiä molekyylejä, joita kutsutaan nukleotideiksi tai sokereiksi, jotka ovat elämän rakennuspalikoita. Laboratoriokokeita, kuten ikoninen Miller-Urey-kokeilu, ovat osoittaneet, kuinka nämä yhdisteet voivat muodostua luonnollisesti olosuhteissa, jotka ovat samankaltaisia ​​kuin varhainen maa. Jotkut näistä yhdisteistä ovat saattaneet myös tulla maan päälle meteoriiteilla.

Seuraavaksi nämä yksinkertaiset molekyylit yhdistettiin muodostaen monimutkaisempia, kuten rasvoja, proteiineja tai nukleiinihappoja. Tärkeää on, että nukleiinihapot - kuten kaksijuosteinen DNA tai sen yksijuosteinen serkku RNA-voi tallentaa muiden molekyylien rakentamiseen tarvittavat tiedot. DNA on vakaampi kuin RNA, mutta sitä vastoin RNA voi olla osa kemiallisia reaktioita, joissa yhdiste tekee kopioita itsestään - itsereplikaatio.

- "RNA-maailman" hypoteesi viittaa siihen, että varhainen elämä on saattanut käyttää RNA:ta materiaalina sekä geeneille että replikaatiolle ennen DNA:n ja proteiinien syntymistä.

Kun tietojärjestelmä pystyy tekemään kopioita itsestään, luonnollinen valinta käynnistyy. Joissakin näiden molekyylien uusissa kopioissa (joita jotkut kutsuvat "geeneiksi") on virheitä tai mutaatioita, ja jotkut näistä uusista mutaatioista parantavat replikaatiokykyä. molekyyleistä. Siksi ajan myötä näistä mutanteista tulee enemmän kopioita kuin muista molekyyleistä, joista osa kerää lisää uusia mutaatioita, mikä tekee niistä entistä nopeampia ja runsaampia ja niin edelleen.

Lopulta nämä molekyylit luultavasti kehittivät lipidi- (rasva-) rajan, joka erottaa organismin sisäisen ympäristön ulkopuolelta muodostaen protosoluja. Protosolut voisivat keskittyä ja organisoida paremmin biokemiallisissa reaktioissa tarvittavia molekyylejä, mikä mahdollistaisi suljetun ja tehokkaan aineenvaihdunnan.

Elämä toistolla?

Abiogeneesi olisi voinut tapahtua useammin kuin kerran. Maapallo on voinut synnyttää itsereplikoituvia molekyylejä useita kertoja, ja ehkä varhainen elämä tuhansien tai miljoonien vuosien ajan koostui vain joukosta erilaisia ​​itsereplikoituvia RNA-molekyylejä, joilla oli riippumaton alkuperä ja jotka kilpailevat samoista rakennuspalikoista. Valitettavasti tämän prosessin muinaisen ja mikroskooppisen luonteen vuoksi emme ehkä koskaan tiedä.

Monet laboratoriokokeet ovat onnistuneet toistamaan erilaisia abiogeneesin vaiheet, mikä todistaa, että niitä voi tapahtua useammin kuin kerran, mutta meillä ei ole varmuutta niiden tapahtumisesta menneisyydessä.

Tähän liittyvä kysymys voisi olla, syntyykö uusi elämä abiogeneesin kautta, kun luet tätä. Tämä on kuitenkin erittäin epätodennäköistä. Varhainen maapallo oli steriili elämältä ja fysikaaliset ja kemialliset olosuhteet olivat hyvin erilaiset. Nykyään, jos jossain planeetalla olisi ihanteelliset olosuhteet uusille itsestään replikoituville molekyyleille, olemassa oleva elämä tukahduttaisi ne välittömästi.

Tiedämme, että kaikki olemassa olevat elämän olennot polveutuvat yhdestä jaetusta viimeisestä yleismaailmallisesta yhteisestä elämän esi-isästä (tunnetaan myös nimellä LUCA). Jos oli muita esi-isiä, he eivät jättäneet jälkeläisiä. Keskeiset todisteet tukevat LUCA:n olemassaoloa. Kaikki elämä maapallolla käyttää samaa geneettistä koodia, nimittäin DNA:n nukleotidien, jotka tunnetaan nimellä A, T, C ja G, ja niiden proteiineissa koodaaman aminohapon välistä vastaavuutta. Esimerkiksi kolmen nukleotidin ATG sekvenssi vastaa aina aminohappoa metioniinia.

Teoriassa olisi kuitenkin voinut olla enemmän geneettisen koodin muunnelmia lajien välillä. Mutta kaikki elämä maapallolla käyttää samaa koodia muutamalla pienellä muutoksella joissakin suvuissa. Biokemialliset reitit, kuten ne, joita käytetään ruoan metaboloimiseen, tukevat myös LUCA:n olemassaoloa; monia itsenäisiä reittejä on voinut kehittyä eri esivanhemmissa, mutta jotkin (kuten ne, joita käytettiin sokerien metaboloimiseen) ovat yhteisiä kaikille eläville organismeille. Samoin satoja identtisiä geenejä esiintyy erilaisissa elävissä olennoissa, mikä voidaan selittää vain sillä, että ne on peritty LUCA:lta.

Lempitukeni LUCAlle tulee Tree of Lifesta. Riippumattomat analyysit, joista jotkut käyttävät anatomiaa, aineenvaihduntaa tai geneettisiä sekvenssejä, ovat paljastaneet hierarkkisen sukulaisuusmallin, joka voidaan esittää puuna. Tämä osoittaa, että olemme enemmän sukua simpansseille kuin muille maan eläville organismeille. Simpanssit ja me olemme enemmän sukua gorilloille ja yhdessä orangutaneille ja niin edelleen.

Voit valita minkä tahansa satunnaisen organismin salaatin salaatista bioaktiivisen jogurtin bakteereihin, ja jos matkustat ajassa tarpeeksi kauas taaksepäin, jaat todellisen yhteinen esi-isä. Tämä ei ole metafora, vaan tieteellinen tosiasia.

Tämä on yksi tieteen järkyttävimmistä käsitteistä, Darwinin elämän yhtenäisyys. Jos luet tätä tekstiä, olet täällä miljardeja vuosia taaksepäin ulottuvan katkeamattoman lisääntymistapahtumien ketjun ansiosta. Niin jännittävää kuin onkin ajatella elämää toistuvasti ilmaantuvan planeetallemme tai muualle, on vielä jännittävämpää tietää, että olemme sukua planeetan kaikkiin elollisiin olentoihin.Conversation

Tämä artikkeli julkaistaan ​​uudelleen Conversation Creative Commons -lisenssin alla. Lue alkuperäinen artikkeli.

Kuva pistetilanne: Giovanni Cancemi / Shutterstock.com

Aikaleima:

Lisää aiheesta Singulaarisuus Hub