Is het leven meer dan eens geëvolueerd? Onderzoekers naderen een antwoord

Is het leven meer dan eens geëvolueerd? Onderzoekers naderen een antwoord

Tijdstempel: 1 juni 2023 10:00 uur

Vanaf zijn nederige oorsprong(en) heeft het leven de hele planeet geïnfecteerd met eindeloze mooie vormen. Het ontstaan ​​van het leven is de oudste biologische gebeurtenis, zo oud dat er geen ander duidelijk bewijs is achtergelaten dan het bestaan ​​van het leven zelf. Dit laat veel vragen open, en een van de meest opwindende is hoe vaak leven op magische wijze voortkwam uit niet-levende elementen.

Is al het leven op aarde maar één keer geëvolueerd, of zijn verschillende levende wezens uit verschillende stoffen gesneden? De vraag hoe moeilijk het is voor het ontstaan ​​van leven is interessant, niet in de laatste plaats omdat het enig licht kan werpen op de waarschijnlijkheid van het vinden van leven op andere planeten.

De oorsprong van het leven is een centrale vraag in de moderne biologie, en waarschijnlijk de moeilijkste om te bestuderen. Dit evenement vond plaats vier miljard jaar geleden, en het gebeurde op moleculair niveau, wat betekent dat er weinig fossiel bewijs over is.

Er is veel levendig begin gesuggereerd, van onsmakelijke oersoepen tot de ruimte. Maar de huidige wetenschappelijke consensus is dat leven voortkwam uit niet-levende moleculen in een natuurlijk proces dat abiogenese wordt genoemd, hoogstwaarschijnlijk in de duisternis van de aarde. diepzee hydrothermale bronnen. Maar als het leven eenmaal is ontstaan, waarom niet vaker?

Wat is abiogenese?

Wetenschappers hebben verschillende opeenvolgende stappen voor abiogenese voorgesteld. We weten dat de aarde rijk was aan verschillende chemicaliën, zoals aminozuren, een soort moleculen die nucleotiden of suikers worden genoemd en die de bouwstenen van het leven zijn. Laboratoriumexperimenten, zoals de iconische Miller-Urey-experiment, hebben aangetoond hoe deze verbindingen op natuurlijke wijze kunnen worden gevormd onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van de vroege aarde. Sommige van deze verbindingen kunnen ook op meteorieten op aarde zijn gekomen.

Vervolgens combineerden deze eenvoudige moleculen zich om meer complexe moleculen te vormen, zoals vetten, eiwitten of nucleïnezuren. Belangrijk is dat nucleïnezuren, zoals dubbelstrengs DNA of zijn enkelstrengs neefje RNA- kan de informatie opslaan die nodig is om andere moleculen te bouwen. DNA is stabieler dan RNA, maar RNA daarentegen kan deel uitmaken van chemische reacties waarbij een verbinding kopieën van zichzelf maakt - zelfreplicatie.

De "RNA-wereld"-hypothese suggereert dat het vroege leven RNA mogelijk heeft gebruikt als materiaal voor zowel genen als replicatie vóór de opkomst van DNA en eiwitten.

Zodra een informatiesysteem kopieën van zichzelf kan maken, treedt natuurlijke selectie in werking. Sommige van de nieuwe kopieën van deze moleculen (die sommigen "genen" zouden noemen) zullen fouten of mutaties bevatten, en sommige van deze nieuwe mutaties zullen het replicatievermogen verbeteren van de moleculen. Daarom zullen er na verloop van tijd meer kopieën van deze mutanten zijn dan van andere moleculen, waarvan sommige nieuwe mutaties zullen accumuleren, waardoor ze nog sneller en overvloediger worden, enzovoort.

Uiteindelijk ontwikkelden deze moleculen waarschijnlijk een lipide (vet) grens die de interne omgeving van het organisme scheidde van de buitenkant, waardoor protocellen werden gevormd. Protocellen zouden de moleculen die nodig zijn bij biochemische reacties beter kunnen concentreren en organiseren, wat zorgt voor een ingeperkt en efficiënt metabolisme.

Leven op herhaling?

Abiogenese kan meer dan eens zijn gebeurd. De aarde zou verschillende keren zelfreplicerende moleculen kunnen hebben voortgebracht, en misschien bestond het vroege leven gedurende duizenden of miljoenen jaren gewoon uit een stel verschillende zelfreplicerende RNA-moleculen, met onafhankelijke oorsprong, die strijden om dezelfde bouwstenen. Helaas, vanwege de oude en microscopische aard van dit proces, zullen we het misschien nooit weten.

Veel laboratoriumexperimenten hebben met succes verschillende gereproduceerd stadia van abiogenese, wat bewijst dat ze meer dan eens kunnen gebeuren, maar we hebben geen zekerheid dat ze in het verleden hebben plaatsgevonden.

Een gerelateerde vraag zou kunnen zijn of er nieuw leven ontstaat door abiogenese terwijl u dit leest. Dit is echter zeer onwaarschijnlijk. De vroege aarde was onvruchtbaar voor leven en de fysische en chemische omstandigheden waren zeer verschillend. Als er tegenwoordig ergens op de planeet ideale omstandigheden zouden zijn voor het verschijnen van nieuwe zelfreplicerende moleculen, zouden ze onmiddellijk worden opgegeten door bestaand leven.

Wat we wel weten is dat alle bestaande levende wezens afstammen van een enkele gedeelde laatste universele gemeenschappelijke voorouder van het leven (ook bekend als LUCA). Als er andere voorouders waren, lieten ze geen nakomelingen achter. Belangrijke bewijsstukken ondersteunen het bestaan ​​van LUCA. Al het leven op aarde gebruikt dezelfde genetische code, namelijk de overeenkomst tussen nucleotiden in DNA die bekend staan ​​als A, T, C en G, en het aminozuur waarvoor ze coderen in eiwitten. Zo komt de volgorde van de drie nucleotiden ATG altijd overeen met het aminozuur methionine.

Theoretisch zouden er echter meer genetische codevarianten tussen soorten kunnen zijn. Maar al het leven op aarde gebruikt dezelfde code met een paar kleine veranderingen in sommige geslachten. Biochemische routes, zoals degene die worden gebruikt om voedsel te metaboliseren, ondersteunen ook het bestaan ​​van LUCA; veel onafhankelijke routes zouden kunnen zijn geëvolueerd in verschillende voorouders, maar sommige (zoals degene die worden gebruikt om suikers te metaboliseren) worden gedeeld door alle levende organismen. Evenzo zijn honderden identieke genen aanwezig in ongelijksoortige levende wezens, wat alleen kan worden verklaard door te worden geërfd van LUCA.

Mijn favoriete steun voor LUCA komt van de Tree of Life. Onafhankelijke analyses, waarvan sommige gebruik maken van anatomie, metabolisme of genetische sequenties, hebben een hiërarchisch patroon van verwantschap onthuld dat kan worden weergegeven als een boom. Dit laat zien dat we meer verwant zijn aan chimpansees dan aan enig ander levend organisme op aarde. Chimpansees en wij zijn meer verwant aan gorilla's, en samen aan orang-oetans, enzovoort.

Je kunt elk willekeurig organisme kiezen, van de sla in je salade tot de bacteriën in je bioactieve yoghurt, en als je ver genoeg terug in de tijd reist, deel je een werkelijk gemeenschappelijke voorouder. Dit is geen metafoor, maar een wetenschappelijk feit.

Dit is een van de meest verbijsterende concepten in de wetenschap, Darwins eenheid van leven. Als je deze tekst leest, ben je hier dankzij een ononderbroken keten van voortplantingsgebeurtenissen die miljarden jaren teruggaan. Hoe opwindend het ook is om na te denken over het leven dat herhaaldelijk opduikt op onze planeet, of elders, het is nog opwindender om te weten dat we verwant zijn aan alle levende wezens op de planeet.The Conversation

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees de originele artikel.

Krediet van het beeld: Giovanni Kancemi / Shutterstock.com

Tijdstempel:

Meer van Hub voor singulariteit