Har livet utviklet seg mer enn én gang? Forskere nærmer seg et svar

Har livet utviklet seg mer enn én gang? Forskere nærmer seg et svar

Tidsstempel: 1. juni 2023 10:00

Fra sin ydmyke opprinnelse har livet infisert hele planeten med endeløse vakre former. Livets tilblivelse er den eldste biologiske hendelsen, så gammel at ingen klare bevis ble etterlatt annet enn selve livets eksistens. Dette etterlater mange spørsmål åpne, og en av de mest fristende er hvor mange ganger livet på magisk vis dukket opp fra ikke-levende elementer.

Har alt liv på jorden utviklet seg bare én gang, eller er forskjellige levende vesener kuttet av forskjellige kluter? Spørsmålet om hvor vanskelig det er for liv å komme frem er interessant, ikke minst fordi det kan kaste litt lys over sannsynligheten for å finne liv på andre planeter.

Livets opprinnelse er et sentralt spørsmål i moderne biologi, og sannsynligvis det vanskeligste å studere. Denne hendelsen fant sted for fire milliarder år siden, og det skjedde på et molekylært nivå, noe som betyr at lite fossile bevis gjenstår.

Mange livlige begynnelser har blitt foreslått, fra usmakelige ursupper til verdensrommet. Men den nåværende vitenskapelige konsensus er at liv oppsto fra ikke-levende molekyler i en naturlig prosess kalt abiogenese, mest sannsynlig i mørket hydrotermiske dypvannsventiler. Men hvis livet dukket opp én gang, hvorfor ikke flere ganger?

Hva er abiogenese?

Forskere har foreslått forskjellige påfølgende trinn for abiogenese. Vi vet at jorden var rik på flere kjemikalier, for eksempel aminosyrer, en type molekyler som kalles nukleotider eller sukker, som er livets byggesteiner. Laboratorieeksperimenter, som den ikoniske Miller-Urey eksperiment, har vist hvordan disse forbindelsene kan dannes naturlig under forhold som ligner på tidlig jord. Noen av disse forbindelsene kan også ha kommet til jorden med meteoritter.

Deretter ble disse enkle molekylene kombinert for å danne mer komplekse, som fett, proteiner eller nukleinsyrer. Viktigere, nukleinsyrer - for eksempel dobbelttrådet DNA eller dets enkelttrådede fetter RNA-kan lagre informasjonen som trengs for å bygge andre molekyler. DNA er mer stabilt enn RNA, men i motsetning til dette kan RNA være en del av kjemiske reaksjoner der en forbindelse lager kopier av seg selv - selvreplikasjon.

De "RNA-verden" hypotese antyder at tidlig liv kan ha brukt RNA som materiale for både gener og replikasjon før fremveksten av DNA og proteiner.

Når et informasjonssystem kan lage kopier av seg selv, starter naturlig seleksjon. Noen av de nye kopiene av disse molekylene (som noen vil kalle "genene") vil ha feil, eller mutasjoner, og noen av disse nye mutasjonene vil forbedre replikasjonsevnen av molekylene. Derfor vil det over tid være flere kopier av disse mutantene enn andre molekyler, hvorav noen vil akkumulere ytterligere nye mutasjoner, noe som gjør dem enda raskere og mer tallrike, og så videre.

Til slutt utviklet disse molekylene sannsynligvis en lipid (fett) grense som skiller det indre miljøet til organismen fra det ytre, og danner protoceller. Protoceller kunne konsentrere seg og organisere bedre molekylene som trengs i biokjemiske reaksjoner, noe som gir en innesluttet og effektiv metabolisme.

Livet på repetisjon?

Abiogenese kunne ha skjedd mer enn én gang. Jorden kunne ha født selvreplikerende molekyler flere ganger, og kanskje tidlig liv i tusenvis eller millioner av år bare bestod av en haug med forskjellige selvreplikerende RNA-molekyler, med uavhengig opprinnelse, som konkurrerer om de samme byggesteinene. Akk, på grunn av den eldgamle og mikroskopiske naturen til denne prosessen, kan vi aldri vite det.

Mange laboratorieeksperimenter har vellykket reprodusert forskjellige stadier av abiogenese, som beviser at de kan skje mer enn én gang, men vi har ingen sikkerhet for at disse har skjedd tidligere.

Et relatert spørsmål kan være om nytt liv dukker opp ved abiogenese mens du leser dette. Dette er imidlertid svært usannsynlig. Jorden var tidlig steril av liv og de fysiske og kjemiske forholdene var svært forskjellige. I dag, hvis det et sted på planeten var ideelle forhold for at nye selvreplikerende molekyler skulle dukke opp, ville de umiddelbart bli slått av eksisterende liv.

Det vi vet er at alle eksisterende livsvesener stammer fra en enkelt delt siste universelle felles stamfar til livet (også kjent som Luca). Hvis det var andre forfedre, etterlot de ingen etterkommere. Viktige bevis støtter eksistensen av LUCA. Alt liv på jorden bruker den samme genetiske koden, nemlig samsvaret mellom nukleotider i DNA kjent som A, T, C og G – og aminosyren de koder for i proteiner. For eksempel tilsvarer sekvensen av de tre nukleotidene ATG alltid aminosyren metionin.

Teoretisk sett kunne det imidlertid vært flere genetiske kodevarianter mellom arter. Men alt liv på jorden bruker den samme koden med noen få mindre endringer i noen avstamninger. Biokjemiske veier, slik som de som brukes til å metabolisere mat, støtter også eksistensen av LUCA; mange uavhengige veier kunne ha utviklet seg i forskjellige forfedre, men noen (som de som brukes til å metabolisere sukker) er delt på tvers av alle levende organismer. Tilsvarende er hundrevis av identiske gener tilstede i forskjellige levende vesener som bare kan forklares ved at de er arvet fra LUCA.

Min favorittstøtte for LUCA kommer fra Livets tre. Uavhengige analyser, noen ved hjelp av anatomi, metabolisme eller genetiske sekvenser, har avslørt et hierarkisk mønster av slektskap som kan representeres som et tre. Dette viser at vi er mer i slekt med sjimpanser enn med noen andre levende organismer på jorden. Sjimpanser og vi er mer i slekt med gorillaer, og sammen til orangutanger, og så videre.

Du kan velge hvilken som helst tilfeldig organisme, fra salaten i salaten til bakteriene i din bioaktive yoghurt, og hvis du reiser langt nok tilbake i tid, vil du dele en faktisk felles forfedre. Dette er ikke en metafor, men et vitenskapelig faktum.

Dette er et av de mest oppsiktsvekkende konseptene i vitenskapen, Darwins enhet i livet. Hvis du leser denne teksten, er du her takket være en uavbrutt kjede av reproduktive hendelser som går milliarder av år tilbake. Like spennende som det er å tenke på at liv gjentatte ganger dukker opp på planeten vår, eller andre steder, er det enda mer spennende å vite at vi er i slekt med alle livsvesenene på planeten.Den Conversation

Denne artikkelen er publisert fra Den Conversation under en Creative Commons-lisens. Les opprinnelige artikkelen.

Bilde Credit: Giovanni Cancemi / Shutterstock.com

Tidstempel:

Mer fra Singularity Hub