Har livet utvecklats mer än en gång? Forskare närmar sig ett svar

Har livet utvecklats mer än en gång? Forskare närmar sig ett svar

Tidsstämpel: 1 juni 2023 10:00

Från sitt ödmjuka ursprung har livet infekterat hela planeten med oändliga vackra former. Livets tillkomst är den äldsta biologiska händelsen, så gammal att inga tydliga bevis lämnades efter annat än själva existensen av livet. Detta lämnar många frågor öppna, och en av de mest lockande är hur många gånger livet magiskt uppstod ur icke-levande element.

Har allt liv på jorden bara utvecklats en gång, eller skärs olika levande varelser av olika tyger? Frågan om hur svårt det är för liv att växa fram är intressant, inte minst för att det kan kasta lite ljus över sannolikheten att hitta liv på andra planeter.

Livets ursprung är en central fråga inom modern biologi, och förmodligen den svåraste att studera. Denna händelse ägde rum för fyra miljarder år sedan, och det hände på molekylär nivå, vilket betyder att det finns få fossila bevis kvar.

Många livliga början har föreslagits, från osmakliga ursoppor till yttre rymden. Men den nuvarande vetenskapliga konsensusen är att liv uppstod från icke-levande molekyler i en naturlig process som kallas abiogenes, troligen i mörkret av hydrotermiska öppningar för djuphavsvatten. Men om livet uppstod en gång, varför inte fler gånger?

Vad är abiogenes?

Forskare har föreslagit olika på varandra följande steg för abiogenes. Vi vet att jorden var rik på flera kemikalier, till exempel aminosyror, en typ av molekyler som kallas nukleotider eller sockerarter, som är livets byggstenar. Laboratorieexperiment, som den ikoniska Miller-Urey-experiment, har visat hur dessa föreningar kan bildas naturligt under förhållanden som liknar den tidiga jorden. Några av dessa föreningar kan också ha kommit till jorden med meteoriter.

Därefter kombinerades dessa enkla molekyler för att bilda mer komplexa, såsom fetter, proteiner eller nukleinsyror. Viktigt, nukleinsyror - som dubbelsträngat DNA eller dess enkelsträngade kusin RNA—kan lagra den information som behövs för att bygga andra molekyler. DNA är mer stabilt än RNA, men däremot kan RNA vara en del av kemiska reaktioner där en förening gör kopior av sig själv – självreplikation.

Smakämnen Hypotes om "RNA-världen". antyder att tidigt liv kan ha använt RNA som material för både gener och replikation innan uppkomsten av DNA och proteiner.

När ett informationssystem väl kan göra kopior av sig själv, kommer det naturliga urvalet igång. Några av de nya kopiorna av dessa molekyler (som vissa skulle kalla "gener") kommer att ha fel, eller mutationer, och några av dessa nya mutationer kommer att förbättra replikationsförmågan av molekylerna. Därför kommer det med tiden att finnas fler kopior av dessa mutanter än andra molekyler, av vilka några kommer att ackumulera ytterligare nya mutationer, vilket gör dem ännu snabbare och rikligare, och så vidare.

Så småningom utvecklade dessa molekyler troligen en lipidgräns (fetthaltig) som skiljer organismens inre miljö från utsidan och bildar protoceller. Protoceller kunde koncentrera och organisera bättre de molekyler som behövs i biokemiska reaktioner, vilket ger en innesluten och effektiv metabolism.

Livet på repetition?

Abiogenes kunde ha hänt mer än en gång. Jorden kunde ha fött självreplikerande molekyler flera gånger, och kanske det tidiga livet i tusentals eller miljoner år bara bestod av ett gäng olika självreplikerande RNA-molekyler, med oberoende ursprung, som konkurrerade om samma byggstenar. Tyvärr, på grund av den uråldriga och mikroskopiska naturen hos denna process, kanske vi aldrig vet.

Många labbexperiment har framgångsrikt reproducerat olika stadier av abiogenes, vilket bevisar att de kan hända mer än en gång, men vi har ingen säkerhet om att de har inträffat tidigare.

En relaterad fråga kan vara om nytt liv växer fram genom abiogenes när du läser detta. Detta är dock mycket osannolikt. Den tidiga jorden var steril av liv och de fysiska och kemiska förhållandena var mycket olika. Nuförtiden, om det någonstans på planeten fanns idealiska förhållanden för att nya självreplikerande molekyler skulle dyka upp, skulle de omedelbart förtäras av existerande liv.

Vad vi vet är att alla existerande varelser härstammar från en enda delad sista universella gemensamma förfader till livet (även känd som LUCA). Om det fanns andra förfäder lämnade de inga ättlingar efter sig. Viktiga bevis stöder existensen av LUCA. Allt liv på jorden använder samma genetiska kod, nämligen överensstämmelsen mellan nukleotider i DNA som kallas A, T, C och G – och aminosyran de kodar för i proteiner. Till exempel motsvarar sekvensen av de tre nukleotiderna ATG alltid aminosyran metionin.

Teoretiskt sett kunde det dock ha funnits fler genetiska kodvarianter mellan arter. Men allt liv på jorden använder samma kod med några mindre förändringar i vissa härstamningar. Biokemiska vägar, såsom de som används för att metabolisera mat, stödjer också förekomsten av LUCA; många oberoende vägar kunde ha utvecklats i olika förfäder, men vissa (som de som används för att metabolisera sockerarter) delas mellan alla levande organismer. På liknande sätt finns hundratals identiska gener i olika levande varelser, vilket endast kan förklaras genom att de ärvs från LUCA.

Mitt favoritstöd för LUCA kommer från Livets träd. Oberoende analyser, vissa med anatomi, metabolism eller genetiska sekvenser, har avslöjat ett hierarkiskt mönster av släktskap som kan representeras som ett träd. Detta visar att vi är mer släkt med schimpanser än med någon annan levande organismer på jorden. Schimpanser och vi är mer släkt med gorillor, och tillsammans med orangutanger och så vidare.

Du kan välja vilken slumpmässig organism som helst, från salladen i din sallad till bakterierna i din bioaktiva yoghurt, och om du reser tillräckligt långt tillbaka i tiden kommer du att dela en verklig gemensam förfader. Detta är inte en metafor, utan ett vetenskapligt faktum.

Detta är ett av de mest häpnadsväckande begreppen inom vetenskapen, Darwins enhet i livet. Om du läser den här texten är du här tack vare en oavbruten kedja av reproduktiva händelser som går tillbaka miljarder år. Hur spännande det än är att tänka på att liv upprepade gånger dyker upp på vår planet, eller någon annanstans, är det ännu mer spännande att veta att vi är släkt med alla livsvarelser på planeten.Avlyssningen

Denna artikel publiceras från Avlyssningen under en Creative Commons licens. Läs ursprungliga artikeln.

Image Credit: Giovanni Cancemi / Shutterstock.com

Tidsstämpel:

Mer från Singularity Hub