Frågan om livets ursprung har sysselsatt människorna ända sedan de först funderade över vår plats på jorden och i universum. Ämnet väcker ofta känslor – för det första för att det handlar om oss själva och för det andra för att biokemister ännu inte har en heltäckande redogörelse för de specifika steg som ledde till liv på vår planet.
En icke-vetenskaplig idé Många människor har uppfostrats till att utan att ifrågasätta vissa principer acceptera dem, och en av dem är att livet uppstod med hjälp av en eller flera gudar. Den teologiska eller filosofiska idén att livet är resultatet av en sådan övernaturlig process är en tro. Det kan visserligen vara en helt god tro, men den förblir just det – en tro – eftersom det inte finns någon entydig information som är godtagbar i ett vetenskapligt laboratorium eller i en domstol och som bekräftar att livet har skapats av en eller flera övernaturliga varelser. Vetenskapsmännen har inga tydliga uppgifter som stöder idén att någon eller något deponerade redan skapat liv på planeten Jorden för länge sedan. Dessutom har vi inget känt sätt att experimentellt testa idén om att gudomligt ingripande skapade livet.
Vetenskapen är agnostisk när det gäller Gud – inte ateistisk, som en del människor föredrar att läsa det laddade ordet felaktigt – bara agnostisk. Bortsett från personliga känslor eller kulturella övertygelser vet de flesta professionella vetenskapsmän helt enkelt inte vad de ska tro om en Gud eller gudar. Vi har helt enkelt inga tillförlitliga uppgifter som vi kan basera en bedömning på.
Tron på att livet plötsligt uppstod genom någon vitalistisk process ligger utanför den moderna vetenskapens område. Dagens vetenskapliga metod, som är en undersökningsmetod baserad på resonerad logik som stöds av experimentella och observationella tester, kan inte användas för att studera övernaturliga idéer om livets uppkomst. Följaktligen verkar sådana idéer, som inte ens i princip kan bevisas, vara förutbestämda att förbli trosföreställningar för evigt och därmed bortom vetenskapens område.
Tre vetenskapliga förslag Flera alternativa teorier om livets uppkomst kräver inte hjälp av övernaturliga varelser. Var och en av dessa teorier bygger på naturliga principer och alla kan testas experimentellt. Dessa teorier är alltså baserade på vetenskap snarare än på teologi, och endast en av dem har hittills överlevt tidens tand, kritik och debatt.
För det första kan livet ha uppstått på jorden genom panspermi, vilket betyder ”bakterier överallt”. Denna idé, även kallad exogenes, hävdar att mikroskopiska levande organismer kom till vår planet från yttre rymden. En asteroid eller komet, som kanske innehöll primitiva celler eller enkla bakterier, kan ha fallit ner till jorden någon gång i det förflutna, varefter de under miljarder år utvecklades till de mer avancerade livsformer som nu är spridda över vår planet. Med detta sagt har inga meteoriter – de landade resterna av asteroider och kometer – någonsin visat sig hysa äkta liv.
Panspermiens grundtanke är att primitivt liv, som har sitt ursprung någon annanstans, deponerades på jordens yta genom en kollision med något annat objekt som redan hyste liv. De flesta rymdforskare hävdar dock att oskyddat enkelt liv sannolikt inte skulle överleva den hårda miljön i yttre rymden eller det eldiga störtandet i vår atmosfär. Strålning med hög energi och höghastighetspartiklar i den interplanetära och interstellära rymden, liksom våldsam friktion och intensiv värme när de rör sig genom luften, skulle nästan säkert förstöra varje form av liv som rider på ryggen av små himlakroppar. Å andra sidan skulle mikroskopiska sporer kunna överleva sådana utomjordiska förhållanden, förutsatt att de är djupt inbäddade i de inkommande stenarna. Om biologer har lärt sig något nytt om livet på senare tid så är det att livet är mycket tåligt och ofta kan överleva i extrema miljöer.
(Det finns många udda versioner av panspermiatanken, den kanske märkligaste av dem är att livet på jorden uppstod från skräp som dumpades här för eoner sedan av utomjordiska resenärer! På samma sätt kan utomjordingar medvetet ha sått vår planet, om inte annat så på grund av missionärsanda. Dessa och andra bisarra varianter av panspermiateorin har gett bränsle åt science fiction-författare i årtionden, men verksamma vetenskapsmän nöjer sig med att betrakta dem som verkliga ”skräpteorier”)
En besläktad aspekt av panspermiateorin har på senare tid blivit populär – vissa kallar den för ”svag panspermiateknik” – varigenom endast ingredienserna till liv, men inte livet självt, levereras till jorden från rymden. Med anledning av de senaste decenniernas många upptäckter av organiska molekyler i den interstellära rymden, som nämndes i den tidigare STELLAR EPOCH, har vissa forskare föreslagit att inte nödvändigtvis livet självt, utan de grundläggande kemikalier som behövs för liv, kan ha anlänt till jorden inbäddade i kometer eller asteroider. Dessa molekyler kan sedan ha fungerat som frön som gradvis har gett upphov till liv på naturlig kemisk väg – endogenes, som förklaras nedan. Det är sant att vissa meteoriter, särskilt de kolhaltiga kondriter som man vet innehåller mycket kol och som härstammar från de gamla asteroiderna, innehåller en rad kemikalier inklusive livets byggstenar som uppenbarligen överlevde glädjeturen genom jordens atmosfär.
Murchison-meteoriten, som föll nära Murchison i Australien 1969, är det främsta exemplet på den här typen av bolider som innehåller råmaterial som kunde ge liv på jorden en kick-start för flera miljarder år sedan. Andra meteoriter har visat sig innehålla bubbelliknande organiska klumpar som liknar dem som produceras i laboratoriesimuleringar av livets uppkomst som beskrivs senare i denna CHEMISKA EPOCH, varav den senaste landade i Kanadas Yukonterritorium bara några dagar in i det nya årtusendet. Dessutom har enkla organiska ämnen tydligt upptäckts i några välstuderade kometer, som Halley, Hale-Bopp och Hyakutake, som nyligen prydde vår himmel när de besökte det inre solsystemet. Dessa fynd visar åtminstone att sådana molekyler som behövs för liv kan tänkas bildas i en interplanetär eller interstellär miljö, och att de kan ha nått jordens yta oskadda efter sin brinnande nedstigning.
Å andra sidan hävdar många biokemister att organiska kemikalier kan ha bildats lika lätt (och kanske i högre grad) på jorden, utan att man behöver vända sig till rymden för att få svar på jordiska gåtor. Även om föreställningen om panspermi en dag blir en mer lovande idé om ursprunget till livet på jorden, kvalificerar den sig inte som en giltig teori för själva livets uppkomst. ”Stark panspermi” (där intakt liv faller till jorden som manna från himlen) skjuter bara upp frågan om livets ursprung och överför den till någon annan, okänd plats i universum.
En annan teori om livets ursprung – en som direkt behandlar livets slutliga ursprung – går under namnet spontan generering. Här tros livet ha uppstått ganska plötsligt och fullt utvecklat från märkliga arrangemang av icke-liv. Denna idé var populär så sent som för hundra år sedan, men endast på grund av att människor vilseleddes av sina sinnen. Till exempel dyker små maskar ofta upp på ruttnande sopor och möss verkar ibland spontant slingra sig ur smutsiga linnen. Sådana fenomen hävdades en gång i tiden som bevis för att nytt liv spontant uppstår ur de förruttnade resterna av gammalt liv. Även om observationerna var korrekta var dock inte tolkningarna av dessa observationer korrekta. För knappt hundra år sedan insåg de flesta naturvetare helt enkelt inte att flugor ofta lägger ägg på sopor, varefter äggen kläcks och blir till maskar. På samma sätt uppstår möss inte i smutsiga lakan, även om det faktiskt kan vara där de gillar att gömma sig.
Teorin om spontan generering visade sig vara felaktig när forskare började övervaka laboratorieexperiment noggrant. Särskilt den franske kemisten Louis Pasteur från 1800-talet var en av de första forskarna som utförde experiment under steriliserade förhållanden. Med hjälp av speciellt utformad utrustning kunde han visa att varje luftpaket innehåller mikroorganismer bland andra osynliga föroreningar. Utan särskilda försiktighetsåtgärder och noggranna kontroller kommer levande materia ofta i kontakt med icke levande materia, vilket ger illusionen att liv plötsligt uppstår på platser där det tidigare inte funnits något liv. Genom att värma upp luften och på så sätt förstöra mikroorganismerna motbevisade Pasteur emellertid grundligt idén om livets spontana uppkomst. När luften väl har steriliserats och isolerats förblir den fri från liv, även mikroskopiskt liv, på obestämd tid.
En tredje teori om livets uppkomst är känd som kemisk evolution. Enligt denna idé omvandlar pre-biologiska förändringar långsamt enkla atomer och molekyler till de mer komplexa kemikalier som behövs för att producera liv. Den kemiska evolutionens centrala utgångspunkt, som föredras av de flesta vetenskapsmän i dag, innebär att livet uppstod på ett naturligt sätt från något som inte är liv. I denna mening är teorierna om kemisk evolution och spontan generering likartade, men tidsskalorna skiljer sig åt. Den kemiska evolutionen inträffar inte plötsligt, utan sker mer gradvis och bygger så småningom upp komplexa strukturer från enklare strukturer. Denna moderna teori föreslår då att livet uppstod på jorden genom en ganska långsam utveckling av icke levande materia. Hur långsamt och när exakt är vi osäkra på.
Oskattningar av den tidsskala under vilken den kemiska evolutionen skedde kan härledas genom att studera fossiler – de härdade resterna av döda organismer vars skelettkonturer eller benfunktioner finns bevarade i gamla bergarter. Figur 5.2 visar till exempel hur sedimentära bergarter, när de förstoras upp många gånger, ger tydliga bevis för de fossila avtrycken av gamla individuella celler – den enklaste kända formen av liv. Radioaktiva tester bevisar att stenens ålder vanligtvis är 2-4 miljarder år. Detta anses vara den tidsperiod som fossilerna har varit begravda, förmodligen har de fastnat i berget medan det stelnade, vilket gör dem till några av de äldsta fossil som någonsin har hittats.
 |
FIGUR 5.2 – Fotografiet till vänster, taget genom ett mikroskop, visar fossilerade celler som hittats i kanadensisk bergart och som radioaktivt daterats till att vara ~3 miljarder år gammal. Resterna av dessa primitiva organismer uppvisar koncentriska sfärer med halvgenomsläppliga membran och mindre bifogade sfäroider. Bilden till höger visar en förstorad bild av en av dessa gamla celler tydligare. Fossilets innervägg är ~10-3 cm (eller 10 mikrometer) i diameter. (E. Barghoorn) |
Med vetskap om att jorden uppstod för ~4,5 miljarder år sedan och att de äldsta stenarna kristalliserade från sitt tidiga smälta tillstånd för ~4 miljarder år sedan, drar vi slutsatsen att livet troligen uppstod ungefär en miljard år efter det att jorden bildades och <0,5 miljarder år efter det att jordskorpan svalnade tillräckligt mycket för att stödja liv. Eftersom ännu äldre, ännu oupptäckta fossiler troligen ligger begravda någonstans i jordens bergarter, antar vi att de mest primitiva formerna av liv kan ha tagit knappt mer än några hundra miljoner år att kemiskt utvecklas från icke-liv. Det är tänkbart att de kan ha tagit ännu kortare tid, till och med så kort tid som tusen år eller århundraden. Ledtrådar till historien och tempot i livets uppkomst finns troligen inte bara skrivna i deras gamla strukturer (fossiler) utan också inuti cellerna och molekylerna (generna) i dagens organismer.