ΛΥΚΟΜΙΔΗΣ

Φιλοσοφία, μυσταγωγία και επιστήμη

Οι δύο θεωρίες για την προέλευση της ζωής από την ανόργανη ύλη

Posted by lykofron στο 13/02/2010

Η προέλευση της ζωής από την ανόργανη ύλη, χωρίς καμία θεϊκή ή άλλη υπερφυσική παρέμβαση έχει αποδειχτεί τόσο από τα ευρήματα της παλαιοντολογίας που οδηγούν πηγαίνοντας πίσω στο χρόνο σε όλο και απλούστερες μορφές ζωής, όσο και από πειράματα όπως το περίφημο πείραμα Μίλερ-Ούρεϊ, κατά το οποίο σε ένα περιβάλλον με χημική σύνθεση παρόμοια με της αρχέγονης γης, μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα παράχθηκαν απλές οργανικές ουσίες, μέχρι και αμινοξέα, μόνο με την επίδραση ηλεκτρικών εκκενώσεων (ανάλογων με τους κεραυνούς). Αργότερα, αμινοξέα βρέθηκαν ακόμα και σε μετεωρίτες.

Όμως, οι λεπτομέρειες της διαδικασίας μετάβασης από τον ανόργανο στον πολύπλοκο οργανικό ζωντανό κόσμο δεν έχουν διευκρινιστεί ακόμα. Ανεξάρτητα αν βρεθεί το ακριβές μονοπάτι που οδήγησε στη συγκεκριμένη μορφή ζωής στη Γη, η ανακάλυψη κάποιων φυσικοχημικών διεργασιών που από ανόργανα υλικά οδηγούν σε μια πρωτόλεια μορφή ζωής, θα βάλει οριστικό τέλος σε οποιαδήποτε αμφισβήτηση. Επιπλέον, ανάλογα με την πιθανότητα εμφάνισης αυτών των διεργασιών σε έναν πλανήτη όπως η Γη, θα μπορέσει να προσδιοριστεί αν η ζωή είναι ένα σπάνιο φαινόμενο, ή κάτι τόσο φυσικό όσο οι βράχοι και το νερό σε ουράνια σώματα με αυτά τα χαρακτηριστικά.

Εν αρχή ην το RNA, ή μήπως όχι;

οι επιστήμονες στο σύνολό τους συμφωνούν ότι η ζωή όπως τη γνωρίζουμε σήμερα, εξελίχτηκε από ένα μόριο σαν το RNA (ριβοζονουκλεϊνικό οξύ), που μπορεί να θεωρηθεί μια απλούστερη εκδοχή του DNA (δεσοξυριβοζονουκλεϊνικό οξύ). Η αρχική θεωρία, που θεωρούσε το DNA ως την αρχή της ζωής εγκαταλείφθηκε όταν διαπιστώθηκε ότι οδηγούσε σε ένα πρόβλημα ανάλογο με το αν εμφανίστηκε πρώτα το αυγό ή η κότα. Το DNA για να σχηματιστεί χρειάζεται τις πρωτεΐνες, αλλά και οι πρωτεΐνες για να σχηματιστούν χρειάζονται το DNA. Αντίθετα, το RNA μπορεί να πάρει τη μορφή του DNA (διπλής αλυσίδας) ή τη μορφή μονής αλυσίδας όπως οι πρωτεΐνες (στις οποίες ανήκουν και τα ένζυμα) και μπορεί να λειτουργήσει ως ένα βαθμό και όπως λειτουργεί το DNA και όπως λειτουργούν οι πρωτεΐνες στους ζωντανούς οργανισμούς.

Έτσι, στη δεκαετία του 1980 κυριάρχησε η άποψη ότι η ζωή εμφανίστηκε όταν σχηματίστηκε από τυχαίους λόγους το πρώτο μόριο RNA. To RNA σχηματίζεται από νουκλεοτίδια και νουκλεοτίδια δεν έχουν παρασκευαστεί ακόμα με πειράματα όπως του Μίλερ. Βέβαια, στο πέρασμα εκατομμυρίων ετών μπορούν να παραχθούν πολύ πιο πολύπλοκες ουσίες απ’ ό,τι σε ένα πείραμα διάρκειας μερικών ημερών ή μηνών. Επιπλέον, το φυσικό περιβάλλον είναι πολύ πιο πολύπλοκο απ’ ό,τι μια εργαστηριακή συσκευή. Έτσι, ενώ μέχρι πρόσφατα θεωρούνταν απίθανο να παρασκευαστεί με τρόπο που να μην αποσυντεθεί σύντομα ένα από τα συστατικά του RNA, η ριβόζη, διαπιστώθηκε τελικά ότι αν αναμειχθούν οργανικές ουσίες που συναντώνται σε μετεωρίτες με ορυκτά πλούσια σε οξείδιο του βορίου και θερμανθούν μέσω ηλεκτρικών εκκενώσεων, τότε παράγεται ριβόζη που παραμένει σταθερή ακριβώς εξαιτίας της ύπαρξης του οξειδίου του βορίου.

Όμως, τον τελευταίο μισό αιώνα παρέμενε στην αφάνεια μια άλλη θεωρία που απομακρύνει τη σχετική απιθανότητα του απευθείας περάσματος από την ανόργανη ύλη σε ένα τόσο πολύπλοκο μόριο όπως το RNA και υποδείχνει (προς το παρόν σε επίπεδο γενικού μηχανισμού) τις φυσικές και χημικές διεργασίες που μπορεί να οδήγησαν στο RNA. Πρόκειται για τη θεωρία που βασίζεται στις ιδέες του Σοβιετικού βιοχημικού Αλεξάντερ Οπάριν και σήμερα συνεχίζει να διερευνάται επιστήμονες όπως ο Ρόμπερτ Σαπίρο, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο της Νέας Υόρκης.

Η θεωρία του Οπάριν

Ενώ οι θεωρίες που βασίζονται στο DNA και το RNA ως αρχή της ζωής κατατάσσονται σε αυτές που προϋποθέτουν ως θεμελιώδη την εμφάνιση του αυτόαντιγραφόμενου μορίου, οι θεωρίες που βασίζονται στις ιδέες του Οπάριν κατατάσσονται σε αυτές που προϋποθέτουν ως θεμελιώδη την εμφάνιση του μεταβολισμού. οι πρώτες ορίζουν τη ζωή ως ένα αυτοσυντηρούμενο χημικό σύστημα ικανό να ακολουθήσει δαρβινική εξέλιξη. οι δεύτερες χρησιμοποιούν έναν ευρύτερο ορισμό, χαρακτηρίζοντας ως ζωή μια εντοπισμένη περιοχή στην οποία αυξάνεται η τάξη (μειώνεται η εντροπία) μέσω ενός κύκλου οδηγούμενου από μια ροή ενέργειας.

Σύμφωνα με τις θεωρίες της προτεραιότητας του μεταβολισμού υπάρχουν πέντε προϋποθέσεις για να εμφανιστεί ζωή, καμία από τις οποίες δεν απαιτεί κάποιο σύνθετο μόριο ή κάποιες ιδιαίτερες συνθήκες. Καταρχήν χρειάζεται ένα όριο ανάμεσα στο ζωντανό και το μη ζωντανό, όπως μια μεμβράνη, σαν αυτές που βρίσκονται σε μετεωρίτες, ή σαν τις μεμβράνες σουλφιδίων του σιδήρου. Μικρές λίμνες, σταγονίδια, ακόμα και κάποιες επιφάνειες βράχων μπορεί να λειτουργήσουν ως μεμβράνες, λόγω ηλεκτροστατικών αλληλεπιδράσεων ικανών να διαχωρίσουν ορισμένα είδη μορίων από το περιβάλλον τους. Δεύτερη απαίτηση είναι μια ενεργειακή πηγή που θα τροφοδοτεί τη διεργασία αυτοοργάνωσης. Οι οργανισμοί των σημερινών σύνθετων ζωντανών οργανισμών οξειδώνουν υδατάνθρακες και λίπη, αλλά ακόμα και σημερινοί μικροοργανισμοί χρησιμοποιούν οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις ανόργανων ουσιών. οι διαφορές στην οξύτητα, απότομες μεταβολές θερμοκρασίας ακόμα και η ραδιενέργεια αποτελούν πηγές ενέργειας για ορισμένα είδη ζωής.

Τρίτη απαίτηση είναι ένας μηχανισμός που να συνδέει την απελευθέρωση ενέργειας μέσω της οξειδοαναγωγικής αντίδρασης με τη σειρά αντιδράσεων που χαρακτηρίζουν και απαιτούνται για να διατηρήσει την οργάνωσή του ο ζωντανός οργανισμός. Έχουν προταθεί πολλοί τέτοιοι μηχανισμοί που χρησιμοποιούν ανόργανους καταλύτες διαδεδομένους στη φύση. Τέταρτη απαίτηση είναι ένα δίκτυο χημικών αντιδράσεων που να επιτρέπει την προσαρμογή στις αλλαγές του περιβάλλοντος και την εξέλιξη. Στο πλαίσιο αυτού του δικτύου αντιδράσεων μπορεί να παράγονται και να καταναλώνονται διάφορες χημικές ουσίες και όταν εξαιτίας κάποιου εξωτερικού παράγοντα εμποδίζεται μια από τις χημικές αντιδράσεις, το σύστημα να μπορεί να εξερευνά το χημικό «ανάγλυφο», ψάχνοντας να βρει νέους δρόμους, όπως το νερό ψάχνει να βρει νέο δρόμο προς τη θάλασσα όταν συναντήσει κάποιο εμπόδιο.

Από το απλό στο σύνθετο με εντελώς φυσικό τρόπο

Η πέμπτη απαίτηση είναι το δίκτυο χημικών αντιδράσεων να μπορεί να μεγαλώνει και να αναπαράγεται. Για να γίνεται αυτό πρέπει να μπορεί να συγκεντρώνει υλικά πιο γρήγορα απ’ ό,τι χάνει. Αν το δίκτυο παράγει πολλά αέρια ή ιζήματα που βγαίνουν Από τον χημικό κύκλο, τότε θα αποτύχει, όπως και αν εξαντληθεί το εξωτερικό καύσιμο. Στην πρωτόγονη Γη πολλά τέτοια δίκτυα θα απέτυχαν, μέχρι την εμφάνιση κάποιου πιο ανθεκτικού. Αν το δίκτυο αυτό περιβαλλόταν από μεμβράνη λιπιδίων, όπως τα σημερινά κύτταρα, τότε οι φυσικοί νόμοι θα το έκαναν να διαιρεθεί μόλις περνούσε κάποιο μέγεθος. Όμως ακόμα και ένα δίκτυο που φιλοξενούνταν στην επιφάνεια ενός βράχου θα μπορούσε να υπερχειλίσει σε διπλανό διαμέρισμα.

Ο πολλαπλασιασμός θα μείωνε την πιθανότητα κάποιος φυσικός παράγοντας να εξαλείψει το δίκτυο. Από τη στιγμή που αναπτύχθηκαν ανεξάρτητες μονάδες θα μπορούσαν να εξελιχθούν προς διαφορετικές κατευθύνσεις και να ανταγωνιστούν για τους φυσικούς πόρους. Έτσι θα είχαμε περάσει από τη ζωή που από ενεργειακής πηγής, στη ζωή που προσαρμόζεται στο περιβάλλον μέσω της δαρβινικής εξέλιξης.

Η επιστήμη δεν έχει καταλήξει ακόμα αν για την εμφάνιση της ζωής πρωτεύον είναι το αυτό-αντιγραφόμενο μόριο ή ο μεταβολισμός (άλλωστε ελάχιστα χρήματα πηγαίνουν σήμερα σε έρευνες που δεν έχουν κάποιο άμεσο οικονομικό ή στρατιωτικό αντίκρισμα). Η όποια κατάληξη δε θα αλλάξει το γεγονός ότι η ζωή εμφανίστηκε αυθόρμητα από την ύλη, ως μια ανώτερη μορφή ύπαρξής της.

 Και οι δύο επιστημονικές θεωρία για την αρχή της ζωής αρχίζουν από μόρια που σχηματίζονται από μη βιολογικές χημικές διεργασίες (συμβολίζονται με διάφορα σύμβολα σε κύκλους) (1).

Στο μοντέλο που προτάσσεται η ικανότητα αντιγραφής, κάποιες από τις ουσίες συνενώνονται τυχαία σε αλυσίδα σχηματίζοντας ένα μόριο – πιθανώς κάποιο είδος RNA – ικανό να αυτοαναπαράγεται (2). Το μόριο φτιάχνει πολλά αντίγραφα του εαυτού του (3), που σε ορισμένες περιπτώσεις είναι μεταλλάξεις του αρχικού μορίου (4). Τα μεταλλαγμένα μόρια που είναι καλύτερα προσαρμοσμένα στο περιβάλλον κυριαρχούν (5). Τελικά, αυτή η εξελικτική διαδικασία πρέπει να οδηγεί στο σχηματισμό διαμερισμάτων (όπως τα κύτταρα) και μεταβολισμού, όπου μικρότερα μόρια χρησιμοποιούν ενέργεια για να πραγματοποιούν χρήσιμες για το κύτταρο διεργασίες (6).

Στο μοντέλο που θεωρεί πρωτεύοντα το μεταβολισμό, η αρχή γίνεται με το σχηματισμό διαμερισμάτων (7). Μερικά απ’ αυτά περιέχουν μείγματα ουσιών που συμμετέχουν σε κύκλους αντιδράσεων (8), που με το χρόνο γίνονται όλο και πιο πολύπλοκοι (9). Τελικά, το σύστημα κάνει το άλμα την αποθήκευσης πληροφοριών για τη δομή του σε πολυμερή (10).

 ΡΙΖΟΣΠΑΣΤΗΣ 17/06/2007

Advertisements

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Φωτογραφία Google+

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Google+. Αποσύνδεση / Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

 
Αρέσει σε %d bloggers: