I 90 år har videnskabens foretrukne forklaring på livets oprindelse været den "primordiale suppe". Men nyere forskning lægger vægt på en alternativ idé.
Billede via NOAA.
Af Arunas L Radzvilavicius, UCL
I næsten ni årtier har videnskabens foretrukne forklaring på livets oprindelse været den "primordiale suppe". Dette er tanken om, at livet begyndte fra en række kemiske reaktioner i en varm dam på Jordens overflade, udløst af en ekstern energikilde som lynnedslag eller ultraviolet (UV) lys. Men nyere forskning lægger vægt på en alternativ idé, at livet opstod dybt i havet inden for varme, klippestrukturer kaldet hydrotermiske åbninger.
En undersøgelse, der blev offentliggjort sidste måned i Nature Microbiology, antyder den sidste fælles stamfar til alle levende celler, der blev fodret med brintgas i et varmt, jernrigt miljø, meget som i ventilationshullerne. Fortalere for den konventionelle teori har været skeptiske over, at disse fund skulle ændre vores syn på livets oprindelse. Men den hydrotermiske udluftningshypotese, der ofte beskrives som eksotisk og kontroversiel, forklarer, hvordan levende celler udviklede evnen til at få energi, på en måde, der bare ikke ville have været muligt i en uregelmæssig suppe.
Under den konventionelle teori begyndte angiveligt liv, når lyn- eller UV-stråler fik enkle molekyler til at samle sig i mere komplekse forbindelser. Dette kulminerede med oprettelsen af informationsopbevarende molekyler svarende til vores eget DNA, der er indeholdt i de beskyttende bobler fra primitive celler. Laboratorieeksperimenter bekræfter, at spormængder af molekylære byggesten der udgør proteiner og informationsopbevarende molekyler faktisk kan skabes under disse forhold. For mange er den primære suppe blevet det mest plausible miljø for oprindelsen af de første levende celler.
Men livet handler ikke kun om at replikere oplysninger, der er gemt i DNA. Alle levende ting skal reproducere for at overleve, men at replikere DNA'et, samle nye proteiner og opbygge celler fra bunden kræver enorme mængder energi. I livets kerne er mekanismerne til at hente energi fra miljøet, opbevare og kontinuerligt kanalisere den til cellernes centrale metabolske reaktioner.
Udviklede livet sig omkring dybhavs-hydrotermiske ventilationsåbninger? Billede via U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration / Wikimedia Commons.
Hvor denne energi kommer fra, og hvordan den kommer dertil, kan fortælle os en hel masse om de universelle principper, der styrer livets udvikling og oprindelse. Nyere undersøgelser antyder i stigende grad, at den primære soppe ikke var den rigtige slags miljø til at drive energien i de første levende celler.
Det er klassisk bogviden, at alt liv på Jorden drives af energi, der leveres af solen og opsamles af planter, eller udvindes fra enkle forbindelser som brint eller metan. Langt mindre kendt er det faktum, at alt liv udnytter denne energi på den samme og ganske ejendommelige måde.
Denne proces fungerer lidt som en vandkraftsdam. I stedet for direkte at drive deres kernemetaboliske reaktioner, bruger celler energi fra mad til at pumpe protoner (positivt ladede brintatomer) ind i et reservoir bag en biologisk membran. Dette skaber en såkaldt ”koncentrationsgradient” med en højere koncentration af protoner på den ene side af membranen end andre. Protonerne strømmer derefter tilbage gennem molekylære turbiner indlejret i membranen, ligesom vand, der strømmer gennem en dæmning. Dette genererer højenergiforbindelser, der derefter bruges til at drive resten af cellens aktiviteter.
Livet kunne have udviklet sig til at udnytte nogen af de utallige energikilder, der er tilgængelige på Jorden, fra varme eller elektriske udledninger til naturligt radioaktive malm. I stedet er alle livsformer drevet af protonkoncentrationsforskelle på tværs af cellers membraner. Dette antyder, at de tidligste levende celler høstede energi på en lignende måde, og at livet i sig selv opstod i et miljø, hvor protongradienter var den mest tilgængelige strømkilde.
Udluftningshypotese
Nylige undersøgelser baseret på sæt gener, der sandsynligvis ville have været til stede i de første levende celler, sporer livets oprindelse tilbage til dybhavs-hydrotermiske åbninger. Dette er porøse geologiske strukturer produceret ved kemiske reaktioner mellem fast sten og vand. Alkaliske væsker fra jordskorpen strømmer op gennem udluftningen mod det surere havvand, hvilket skaber naturlige protonkoncentrationsforskelle, der bemærkelsesværdigt ligner dem, der driver alle levende celler.
Undersøgelserne antyder, at kemiske reaktioner i primitive celler i de tidligste stadier af livets udvikling sandsynligvis blev drevet af disse ikke-biologiske protongradienter. Celler lærte derefter senere, hvordan man producerer deres egne gradueringer og slap ud af ventilationshullerne for at kolonisere resten af havet og til sidst planeten.
Mens tilhængere af den uregelmæssige suppe-teori hævder, at elektrostatisk udladning eller solens ultraviolette stråling drev livets første kemiske reaktioner, drives det moderne liv ikke af nogen af disse flygtige energikilder. I stedet for er kernen i livets energiproduktion iongradienter over biologiske membraner. Intet endda eksternt lignende kunne have fremkommet inden i de varme søer af urindbuljong på Jordens overflade. I disse miljøer har kemiske forbindelser og ladede partikler en tendens til at blive jævnt fortyndet i stedet for at danne gradienter eller ikke-ligevægttilstander, der er så centrale i livet.
Dybhavs-hydrotermiske ventilationsåbninger repræsenterer det eneste kendte miljø, der kunne have skabt komplekse organiske molekyler med den samme slags energisnitsmaskineri som moderne celler. Det var fornuftigt at søge livets oprindelse i den oprindelige suppe, da der ikke var kendt lidt om de universelle principper for livets energikraft. Men når vores viden udvides, er det på tide at omfatte alternative hypoteser, der anerkender vigtigheden af energifluxen, der driver de første biokemiske reaktioner. Disse teorier bro sømløst bro mellem energien i levende celler og ikke-levende molekyler.
Arunas L Radzvilavicius,, UCL
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.