האם החיים התפתחו יותר מפעם אחת? חוקרים מתקרבים לתשובה

הועלה מחדש על ידי אפלטון

עוקב: 0

ממוצאם הצנוע, החיים הדביקו את כדור הארץ כולו בצורות יפות אינסופיות. ראשית החיים הוא האירוע הביולוגי העתיק ביותר, כל כך ישן עד שלא נותרו מאחור ראיות ברורות מלבד קיומם של החיים עצמם. זה משאיר שאלות רבות פתוחות, ואחת המפתות ביותר היא כמה פעמים החיים צצו בקסם מאלמנטים שאינם חיים.

האם כל החיים על פני כדור הארץ התפתחו רק פעם אחת, או שיצורים חיים שונים חתוכים מבדים שונים? השאלה עד כמה קשה לחיים לצוץ מעניינת, לא מעט משום שהיא יכולה לשפוך אור על הסבירות למצוא חיים על כוכבי לכת אחרים.

מקור החיים הוא שאלה מרכזית בביולוגיה המודרנית, וכנראה הקשה ביותר ללימוד. אירוע זה התרחש לפני ארבעה מיליארד שנים, וזה קרה ברמה מולקולרית, כלומר נותרו מעט עדויות מאובנים.

התחלות מלאות חיים הוצעו, ממרקים קדומים לא טעימים ועד לחלל החיצון. אבל ההסכמה המדעית הנוכחית היא שחיים צצו ממולקולות שאינן חיות בתהליך טבעי הנקרא אביוגנזה, ככל הנראה בחושך של פתחי אוורור הידרותרמיים בים עמוקים. אבל אם החיים צצו פעם אחת, למה לא יותר פעמים?

מהי אביוגנזה?

מדענים הציעו שלבים רצופים שונים לאביוגנזה. אנו יודעים שכדור הארץ היה עשיר במספר כימיקלים, כמו חומצות אמינו, סוג של מולקולות הנקראות נוקלאוטידים או סוכרים, שהם אבני הבניין של החיים. ניסויי מעבדה, כמו האייקוני ניסוי מילר-אורי, הראו כיצד תרכובות אלו יכולות להיווצר באופן טבעי בתנאים דומים לכדור הארץ המוקדם. חלק מהתרכובות הללו יכלו גם להגיע לכדור הארץ ברכיבה על מטאוריטים.

לאחר מכן, מולקולות פשוטות אלו השתלבו ויצרו מורכבות יותר, כגון שומנים, חלבונים או חומצות גרעין. חשוב לציין, חומצות גרעין - כמו DNA דו-גדילי או בן דודו החד-גדילי רנ"א- יכול לאחסן את המידע הדרוש לבניית מולקולות אחרות. DNA יציב יותר מ-RNA, אך לעומת זאת, RNA יכול להיות חלק מתגובות כימיות שבהן תרכובת מייצרת עותקים של עצמה - שכפול עצמי.

השמיים השערת "עולם RNA". עולה כי ייתכן שהחיים המוקדמים השתמשו ב-RNA כחומר הן לגנים והן לשכפול לפני הופעת ה-DNA והחלבונים.

ברגע שמערכת מידע יכולה ליצור עותקים מעצמה, הברירה הטבעית מתחילה לפעול. לחלק מהעותקים החדשים של מולקולות אלה (שיש מי שיכנה "גנים") יהיו שגיאות, או מוטציות, וחלק מהמוטציות החדשות הללו ישפרו את יכולת השכפול. של המולקולות. לכן, עם הזמן, יהיו יותר עותקים של מוטנטים אלה מאשר מולקולות אחרות, שחלקן יצטברו מוטציות חדשות נוספות, מה שיהפוך אותן למהירות ושופעות עוד יותר וכו'.

בסופו של דבר, מולקולות אלו כנראה פיתחו גבול שומני (שומני) המפריד את הסביבה הפנימית של האורגניזם מהחוץ, ויצרו פרוטו-תאים. פרוטו-תאים יכלו לרכז ולארגן טוב יותר את המולקולות הדרושות בתגובות ביוכימיות, ולספק מטבוליזם מכיל ויעיל.

חיים ב-Repeat?

אביוגנזה יכלה להתרחש יותר מפעם אחת. כדור הארץ יכול היה להוליד מולקולות משכפלות עצמיות מספר פעמים, ואולי החיים המוקדמים במשך אלפי או מיליוני שנים פשוט היו מורכבים מחבורה של מולקולות RNA שונות המשכפלות את עצמם, בעלות מקורות עצמאיים, מתחרות על אותן אבני בניין. למרבה הצער, בשל האופי הקדום והמיקרוסקופי של תהליך זה, ייתכן שלעולם לא נדע.

ניסויי מעבדה רבים הצליחו לשחזר בהצלחה שונה שלבים של אביוגנזה, מה שמוכיח שהם יכולים לקרות יותר מפעם אחת, אבל אין לנו ודאות שאלו התרחשו בעבר.

שאלה קשורה יכולה להיות האם חיים חדשים צצים על ידי אביוגנזה בזמן שאתה קורא את זה. עם זאת, זה מאוד לא סביר. כדור הארץ הקדום היה סטרילי מחיים והתנאים הפיזיקליים והכימיים היו שונים מאוד. כיום, אם במקום כלשהו על פני כדור הארץ היו תנאים אידיאליים להופעת מולקולות חדשות המשכפלות את עצמן, הן היו נמחקות מיד על ידי החיים הקיימים.

מה שאנחנו כן יודעים הוא שכל ישויות החיים הקיימות יורדות מאב קדמון משותף אוניברסלי אחרון של חיים (הידוע גם בשם לוקה). אם היו אבות אחרים, הם לא השאירו צאצאים מאחור. עדויות מרכזיות תומכות בקיומה של LUCA. כל החיים על פני כדור הארץ משתמשים באותו קוד גנטי, כלומר ההתאמה בין נוקלאוטידים ב-DNA הידועים כ-A, T, C ו-G - לבין חומצת האמינו שהם מקודדים בחלבונים. לדוגמה, הרצף של שלושת הנוקלאוטידים ATG תמיד מתאים לחומצת האמינו מתיונין.

תיאורטית, עם זאת, יכלו להיות יותר גרסאות קוד גנטי בין מינים. אבל כל החיים על פני כדור הארץ משתמשים באותו קוד עם כמה שינויים קלים בשושלות מסוימות. מסלולים ביוכימיים, כמו אלה המשמשים לחילוף חומרים של מזון, תומכים אף הם בקיומו של LUCA; מסלולים עצמאיים רבים יכלו להתפתח באבות קדמונים שונים, אך חלקם (כגון אלה המשמשים לחילוף חומרים של סוכרים) משותפים לכל האורגניזמים החיים. באופן דומה, מאות גנים זהים קיימים ביצורים חיים שונים שניתן להסביר אותם רק על ידי בירושה מ-LUCA.

התמיכה האהובה עלי ב-LUCA מגיעה מעץ החיים. ניתוחים עצמאיים, חלקם משתמשים באנטומיה, מטבוליזם או רצפים גנטיים, חשפו דפוס היררכי של קשר שניתן לייצג אותו כעץ. זה מראה שאנחנו קשורים יותר לשמפנזים מאשר לכל אורגניזמים חיים אחרים על פני כדור הארץ. שימפנזים ואנחנו יותר קשורים לגורילות, וביחד לאורנגאוטן וכו'.

אתה יכול לבחור כל אורגניזם אקראי, מהחסה בסלט שלך ועד לחיידקים ביוגורט הביו-אקטיבי שלך, ואם תיסעו אחורה בזמן מספיק רחוק, תחלקו ממש אב קדמון משותף. זו לא מטאפורה, אלא עובדה מדעית.

זהו אחד המושגים המטריפים ביותר במדע, אחדות החיים של דרווין. אם אתם קוראים את הטקסט הזה, אתם כאן הודות לשרשרת בלתי פוסקת של אירועי רבייה הנמשכים מיליארדי שנים אחורה. עד כמה שזה מרגש לחשוב על חיים שצצים שוב ושוב על הפלנטה שלנו, או במקום אחר, זה אפילו יותר מרגש לדעת שאנחנו קשורים לכל ישויות החיים בכוכב.

מאמר זה פורסם מחדש מתוך שיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי.

תמונת אשראי: ג'ובאני קנסמי / Shutterstock.com