Pytanie o pochodzenie życia zaprząta umysły ludzi od czasu, gdy po raz pierwszy zaczęli rozważać nasze miejsce na Ziemi i we Wszechświecie. Temat ten często wywołuje emocje – po pierwsze dlatego, że dotyczy nas samych, a po drugie dlatego, że biochemicy nie mają jeszcze wyczerpującego opisu konkretnych kroków, które doprowadziły do powstania życia na naszej planecie.
Nienaukowa idea Wielu ludzi zostało wychowanych tak, by bezsprzecznie akceptować pewne zasady, z których jedną jest to, że życie powstało za sprawą Boga lub bogów. Teologiczna lub filozoficzna idea, że życie powstało w wyniku takiego nadprzyrodzonego procesu jest wiarą. Co prawda, może to być bardzo dobre przekonanie, ale pozostaje ono tylko przekonaniem, ponieważ żadna jednoznaczna informacja, możliwa do zaakceptowania w laboratorium naukowym lub sądzie, nie potwierdza stworzenia życia przez nadprzyrodzoną istotę lub istoty. Naukowcy nie mają żadnych jasnych danych wspierających ideę, że ktoś lub coś zdeponowało już dawno temu stworzone życie na planecie Ziemia. Co więcej, nie mamy żadnego znanego sposobu, aby przetestować eksperymentalnie pomysł, że boska interwencja stworzyła życie.
Nauka jest agnostyczna, jeśli chodzi o Boga – nie ateistyczna, jak niektórzy ludzie wolą czytać to obciążone słowo źle – po prostu agnostyczna. Pomijając osobiste uczucia lub kulturowe przekonania, większość profesjonalnych naukowców po prostu nie wie, co zrobić z Bogiem lub bogami. Po prostu nie mamy danych bone fide, na których moglibyśmy oprzeć osąd.
Wiara, że życie nagle powstało za pomocą jakiegoś witalistycznego procesu jest poza sferą współczesnej nauki. Dzisiejsza metoda naukowa, która jest środkiem dociekania opartym na uzasadnionej logice wzmocnionej przez testy eksperymentalne i obserwacyjne, nie może być użyta do badania nadnaturalnych pomysłów na pochodzenie życia. Odpowiednio, takie pomysły, nie do udowodnienia nawet w zasadzie, wydają się przeznaczone do pozostania wierzenia na zawsze, stąd poza przedmiotem nauki.
Trzy naukowe propozycje Kilka alternatywnych teorii dla pochodzenia życia nie wymagają pomocy istot nadprzyrodzonych. Każda z tych teorii opiera się na naturalnych zasadach i każda może być testowana doświadczalnie. Teorie te są zatem oparte na nauce, a nie na teologii, a tylko jedna z nich przetrwała próbę czasu, krytyki i debaty.
Po pierwsze, życie mogło powstać na Ziemi za pomocą panspermii, co oznacza „zarodki wszędzie”. Ten pomysł, zwany także egzogenezą, utrzymuje, że mikroskopijne żywe organizmy przybyły na naszą planetę z kosmosu. Asteroida lub kometa, być może zawierająca prymitywne komórki lub proste bakterie, mogła spaść na Ziemię w jakimś momencie w przeszłości, po czym przez miliardy lat ewoluowały one w bardziej zaawansowane formy życia rozsiane obecnie po naszej planecie. To powiedziawszy, żadne meteoryty – lądowe szczątki asteroid i komet – nigdy nie okazały się nosicielami życia w dobrej wierze.
Podstawowym założeniem panspermii jest to, że prymitywne życie, które powstało gdzieś indziej, zostało osadzone na powierzchni Ziemi w wyniku zderzenia z jakimś innym obiektem, który już był siedliskiem życia. Jednak większość naukowców zajmujących się badaniami kosmosu twierdzi, że niechronione proste życie prawdopodobnie nie przetrwałoby surowego środowiska przestrzeni kosmicznej ani ognistego zanurzenia w naszej atmosferze. Wysokoenergetyczne promieniowanie i szybko poruszające się cząstki w przestrzeni międzyplanetarnej i międzygwiezdnej, a także gwałtowne tarcie i intensywne ciepło podczas przemieszczania się w powietrzu, prawie na pewno zniszczyłyby wszelkie formy życia żyjące na grzbietach małych ciał niebieskich. Z drugiej strony, mikroskopijne zarodniki mogłyby przetrwać takie obce warunki, pod warunkiem, że byłyby głęboko osadzone w nadlatujących skałach. Jeśli biolodzy nauczyli się ostatnio czegoś nowego o życiu, to tego, że jest ono bardzo odporne i często zdolne do przetrwania w ekstremalnych środowiskach.
(Wyolbrzymione wersje pomysłu panspermii obfitują, być może najdziwniejszą z nich jest ta, że życie na Ziemi powstało ze śmieci wyrzuconych tu eony temu przez pozaziemskich podróżników! Podobnie, istoty pozaziemskie mogły celowo zasiać nasiona na naszej planecie, choćby tylko z powodu misjonarskiego zapału. Te i inne dziwaczne warianty teorii panspermii napędzały pisarzy science-fiction przez dziesięciolecia, ale pracujący naukowcy są zadowoleni z uznawania ich za prawdziwie „śmieciowe teorie”.)
Powiązany aspekt panspermii stał się ostatnio popularny – niektórzy nazywają go „słabą panspermią”- przez co tylko składniki życia, ale nie samo życie, są dostarczane na Ziemię z kosmosu. Wraz z wysypem odkryć cząsteczek organicznych w przestrzeni międzygwiezdnej w ciągu ostatnich kilku dekad, jak zauważono we wcześniejszym STELLAR EPOCH, niektórzy badacze zaproponowali, że niekoniecznie samo życie, ale podstawowe substancje chemiczne potrzebne do życia, mogły przybyć na Ziemię osadzone w kometach lub asteroidach. Cząsteczki te mogły następnie działać jak nasiona, które stopniowo zrodziły życie za pomocą naturalnych środków chemicznych – endogenezy, jak wyjaśniono poniżej. Prawdą jest, że niektóre meteoryty, szczególnie chondryty węglowe, o których wiadomo, że zawierają dużo węgla i pochodzą ze starożytnych asteroid, zawierają cały szereg związków chemicznych, w tym elementy budujące życie, które najwyraźniej przetrwały radosną podróż przez ziemską atmosferę.
Meteoryt Murchison, który spadł w 1969 roku w pobliżu Murchison w Australii, jest najlepszym przykładem tego rodzaju bolidu zawierającego surowce zdolne do zapoczątkowania życia na Ziemi kilka miliardów lat temu. Wykazano, że inne meteoryty zawierają pęcherzykowate kuleczki organiczne podobne do tych, które powstają w laboratoryjnych symulacjach powstania życia opisanych w dalszej części EPOKI CHEMICZNEJ, a najnowszy z nich wylądował w kanadyjskim Yukon Territory zaledwie kilka dni po rozpoczęciu nowego tysiąclecia. Co więcej, proste substancje organiczne zostały wyraźnie wykryte w niektórych dobrze zbadanych kometach, takich jak Halley, Hale-Bopp i Hyakutake, które niedawno uświetniły nasze niebo podczas wizyty w wewnętrznym Układzie Słonecznym. Z drugiej strony, wielu biochemików twierdzi, że organiczne związki chemiczne mogły powstać równie łatwo (a może nawet bardziej) lokalnie na Ziemi, bez konieczności szukania w przestrzeni kosmicznej odpowiedzi na ziemskie zagadki. Nawet jeśli koncepcja panspermii stanie się kiedyś bardziej obiecującym pomysłem na pochodzenie życia na Ziemi, nie kwalifikuje się ona jako ważna teoria na temat pochodzenia samego życia. „Silna panspermia” (dzięki której nienaruszone życie spada na Ziemię jak manna z nieba) jedynie odsuwa w czasie pytanie o pochodzenie życia, przenosząc je do innego, nieznanego miejsca we Wszechświecie.
Inna teoria pochodzenia życia – jedna, która bezpośrednio odnosi się do ostatecznego pochodzenia samego życia – nosi nazwę spontanicznego pokolenia. W tym przypadku uważa się, że życie pojawiło się dość nagle i w pełni rozwinęło się z osobliwych układów nie-życia. Idea ta była popularna jeszcze sto lat temu, ale tylko dlatego, że ludzie byli wprowadzani w błąd przez swoje zmysły. Na przykład, małe robaczki często pojawiają się na rozkładających się śmieciach, a myszy czasami wydają się spontanicznie wyplątywać z brudnej bielizny. Takie zjawiska były kiedyś podawane jako dowód na spontaniczne powstawanie nowego życia z rozkładających się szczątków starego życia. Jednak, choć obserwacje były poprawne, interpretacje tych obserwacji nie były. Ledwie sto lat temu większość przyrodników nie zdawała sobie sprawy, że muchy często składają jaja na śmieciach, z których potem wylęgają się robaki. Podobnie myszy nie powstają w zabrudzonych prześcieradłach, choć może rzeczywiście tam lubią się chować.
Teoria spontanicznego powstawania okazała się błędna, gdy naukowcy zaczęli uważnie monitorować eksperymenty laboratoryjne. XIX-wieczny francuski chemik Louis Pasteur, w szczególności, był jednym z pierwszych badaczy, którzy przeprowadzali eksperymenty w sterylnych warunkach. Używając specjalnie zaprojektowanego sprzętu, był on w stanie wykazać, że każda paczka powietrza zawiera mikroorganizmy wśród innych niewidocznych zanieczyszczeń. Bez specjalnych środków ostrożności i dokładnej kontroli, żywa materia często wchodzi w kontakt z materią nieożywioną, co daje złudzenie, że życie powstaje nagle w miejscach, gdzie wcześniej nie istniało. Jednakże, poprzez podgrzanie powietrza i zniszczenie w ten sposób mikroorganizmów, Pasteur dokładnie obalił ideę spontanicznego powstawania życia. Po sterylizacji i izolacji powietrze pozostaje wolne od życia, nawet mikroskopijnego, w nieskończoność.
Trzecia teoria pochodzenia życia znana jest jako ewolucja chemiczna. W tej koncepcji przedbiologiczne zmiany powoli przekształcają proste atomy i molekuły w bardziej złożone związki chemiczne potrzebne do produkcji życia. Faworyzowana przez większość dzisiejszych naukowców, główna przesłanka ewolucji chemicznej zakłada, że życie powstało naturalnie z nie-życia. W tym sensie teorie ewolucji chemicznej i spontanicznego powstawania są podobne, ale różnią się skalą czasową. Ewolucja chemiczna nie zachodzi nagle; zamiast tego przebiega bardziej stopniowo, ostatecznie budując złożone struktury z prostszych. Ta nowoczesna teoria sugeruje więc, że życie powstało na Ziemi w wyniku dość powolnej ewolucji materii nieożywionej. Jak wolno i kiedy dokładnie, nie jesteśmy pewni.
Oszacowanie skali czasowej, w jakiej zachodziła ewolucja chemiczna, można wywnioskować, badając skamieniałości – utwardzone szczątki martwych organizmów, których zarysy szkieletów lub cechy kostne zachowały się w starożytnych skałach. Na przykład rysunek 5.2 pokazuje, jak skała osadowa, po wielokrotnym powiększeniu, dostarcza wyraźnych dowodów na istnienie skamieniałych odcisków dawnych pojedynczych komórek – najprostszej znanej formy życia. Badania radioaktywne dowodzą, że wiek skały wynosi zazwyczaj 2-4 miliardy lat. Przyjmuje się, że jest to czas, w którym skamieniałości zostały zakopane, przypuszczalnie uwięzione w skale podczas jej krzepnięcia, co czyni je jednymi z najstarszych skamieniałości, jakie kiedykolwiek znaleziono.
 |
RYSUNEK 5.2 – Zdjęcie po lewej, wykonane przez mikroskop, przedstawia skamieniałe komórki znalezione w kanadyjskiej skale datowanej radioaktywnie na ~3 miliardy lat. Szczątki tych prymitywnych organizmów wykazują koncentryczne kule z półprzepuszczalnymi błonami i mniejsze dołączone sferoidy. Zdjęcie po prawej stronie pokazuje powiększony widok jednej z tych starożytnych komórek. Wewnętrzna ściana skamieliny ma średnicę ~10-3 cm (lub 10 mikronów). (E. Barghoorn) |
Wiedząc, że Ziemia powstała ~4,5 miliarda lat temu i że najstarsze skały skrystalizowały się z wczesnego stanu stopionego ~4 miliardy lat temu, wnioskujemy, że życie prawdopodobnie powstało mniej więcej miliard lat po uformowaniu się Ziemi i <0,5 miliarda lat po tym, jak skorupa ziemska ochłodziła się na tyle, by podtrzymywać życie. Ponieważ jeszcze starsze, jeszcze nieodkryte skamieliny prawdopodobnie spoczywają gdzieś w ziemskich skałach, przypuszczamy, że najbardziej prymitywne formy życia mogły potrzebować niewiele więcej niż kilkaset milionów lat, by wyewoluować chemicznie z nie-życia. Możliwe, że zajęło im to jeszcze mniej czasu, nawet tak krótkiego jak tysiąclecia czy stulecia. Wskazówki dotyczące historii i tempa powstawania życia są prawdopodobnie zapisane nie tylko w ich starożytnych strukturach (skamielinach), ale także wewnątrz komórek i cząsteczek (genów) dzisiejszych organizmów.
.