Jak powstało życie na Ziemi? Oto najważniejsze teorie, które próbują to wyjaśnić

Znamy dość dobrze kręte ścieżki ewolucji, która doprowadziła do rozkwitu życia w jego wszystkich formach. Wciąż mimo to, nie jesteśmy w stanie uchwycić najważniejszej tejemnicy - jak powstało życie? Jakie procesy doprowadziły do powstania pierwszych organizmów w tzw. pierwotnej zupie, czyli mieszaninie związków organicznych, jakie dały początek życiu w oceanach wczesnej Ziemi.

Nauka wciąż nie jest w stanie rozstrzygnąć, jakie jest dokładne pochodzenia życia. Abiogeneza, jak określa się powstanie życia, jest pełna stwierdzeń naznaczonych wieloma niedopowiedzeniami i sprzecznymi hipotezami.

Jakby tego było mało, nawet sama definicja życia nie jest jasna. Gdzie kończy się materia nieożywiona będąca zbiorem skomplikowanych związków chemicznych, a gdzie zaczyna się życie, czyli proces obejmujący odżywianie, oddychanie, wydalanie, wzrost, ruch, reakcję na bodźce, rozmnażanie i dostosowanie do środowiska naturalnego? Jak wykazało badanie opublikowane swego czasu w czasopiśmie Journal of Biomolecular Structure and Dynamics, istnieją przynajmniej 123 różne definicje życia, jakimi próbują się posługiwać naukowcy.

Więcej o powstaniu życia na Ziemi przeczytasz na Spider's Web:

Nie znaczy to jednak, że w kwestii życia całkowicie błądzimy w ciemności. Pomimo 123 definicji, z których większość konkuruje do bycia najlepszą, hipotezy i dociekania z nimi związane są niezwykle cenne. To, że nie wiemy wszystkiego, bądź że nie wiemy czegoś na pewno, nie oznacza, że hipotezy, które stawiamy, są pozbawione sensu.

Każde wielkie dokonanie i odkrycie naukowe, większość wynalazków wzięła się z pytań i prób poszukiwania na nie odpowiedzi. Częścią tego procesu jest właśnie stawianie hipotez. Jak pokazuje historia nauki, są one bardzo solidnym mostem prowadzącym od niewiedzy do wiedzy. Zdarza się też, że kilka hipotez zawiera w sobie część prawdy, co dodatkowo pokazuje ich przydatność.

Oto główne teorie dotyczące tego, jak powstało życie na Ziemi.

Iskry elektryczne mogą prowadzić do powstawania aminokwasów i cukrów w atmosferze zawierającej wodę, metan, amoniak i wodór, jak pokazano w słynnym eksperymencie Millera-Ureya w 1952 r. Wyniki sugerowały, że najzwyczajniejsze błyskawice mogły pomóc w stworzeniu kluczowych elementów budulcowych życia na Ziemi w jego wczesnych dniach. Mogły one dać związkom chemicznym energię prowadzącą do zajścia dalszych reakcji. W ciągu milionów lat dzięki temu mogły powstać coraz większe i bardziej złożone cząsteczki

Chociaż przeprowadzone od tego czasu badania wykazały, że wczesna atmosfera Ziemi była w rzeczywistości dość uboga w wodór, naukowcy zasugerowali, że jego źródłem mogły być chmury wulkaniczne w ziemskiej atmosferze. Jednocześnie mogły one także zawierać metan i amoniak. Były też pełne błyskawic, zgodnie z tym co twierdzą badacze z Uniwersytetu Stanowego Kalifornii w USA.

Teoria głębinowych kominów hydrotermalnych mówi, że życie mogło rozpocząć się w podmorskich głębiach pradawnej Ziemi. Miałyby się z nich obficie wydobywać pierwiastki kluczowe, takie jak węgiel i wodór.

Według brytyjskiego Muzeum Historii Naturalnej w Londynie, kominy hydrotermalne można znaleźć w najciemniejszych głębinach oceanów. Znajdują się one zwykle w miejscach, gdzie rozchodzą się płyty kontynentalne. W otworach tych dochodzi do erupcji płynu, który jest podgrzewany przez ciepło pochodzące z wnętrza Ziemi, gdy wędruje przez skorupę naszej planety. Podczas swojej podróży przez skorupę Ziemi zbiera on rozpuszczone gazy i minerały, takie jak węgiel i wodór i zasila nimi ocean znajdujący się powyżej.

Skaliste zakamarki oceanicznego dna są znakomitym miejscem, gdzie takie cząsteczki mogłyby się akumulować. Obecne tam składniki mineralne to świetne katalizatory, czyli substancje ułatwiające zajście reakcji chemicznych. Nawet dziś takie kominy w głębinach oceanów są wciąż pełne energii chemicznej i cieplnej, podtrzymują tętniące życiem ekosystemy zgromadzone wokół nich. To z pewnością przekonujący argument przynajmniej za tym, że w takich miejscach życie nie tylko jest możliwe, ale może także znakomicie się rozwijać. Kto wie, może również tam powstało?

Abiogeneza, która miałaby zajść pod wpływem aktywności kominów hydrotermalnych, wciąż jest przedmiotem badań i traktowana jest jako prawdopodobna przyczyna życia na Ziemi. Na przykład w 2019 r. naukowcy z University College w Londynie zdołali stworzyć protokomórki, czyli nieożywione struktury, które są bardzo pomocne na drodze do zrozumienia pochodzenia życia. Dokonali oni tego w gorących alkalicznych warunkach, jakie stworzyli, odwzorowując w laboratorium te, jakie panują w pobliżu kominów hydrotermalnych.

Lód mógł pokrywać ziemskie oceany 3 mld lat temu i być może jest odpowiedzialny za życie, a przynajmniej miał swój udział w jego powstaniu. Jak się okazuje kluczowe związki organiczne uważane za ważne dla powstania życia, są bardziej stabilne w niższych temperaturach. W wyższych temperaturach proste zestawy aminokwasów mają tendencję do rozproszonego Występowania. Jednak po zamrożeniu skupiają się skoncentrowane grupy, co mogłoby pomóc w pojawieniu się życia.

Tak głosi praca opublikowana przez Jeffrey’a Bady w czasopiśmie Icarus. Gruba warstwa lody na powierzchni oceanów, tak jak dziś w przypadku Oceanu Arktycznego, na Ziemi, lub oceanu np. na księżycu Saturna Enceladusie, mógł mieć również zbawienny wpływ na delikatne związki organiczne w wodzie głęboko pod powierzchnią. Mógł je bowiem chronić przed światłem ultrafioletowym i zniszczeniem w wyniku uderzeń asteroid. Zimno mogło również pomóc tym cząsteczkom przetrwać dłużej, umożliwiając zachodzenie kluczowych dla powstania życia reakcji.

Być może życie na Ziemi wcale się na niej nie zaczęło. Jak to możliwe? Mogło tu ono trafić razem ze spadającymi na naszą planetę asteroidami. Teoria ta znana jest dzięki Amerykańskiej Agencji Kosmicznej NASA jako panspermia. Co mówi ta teoria? Wiele drobnych skał leżących na powierzchni Marsa jest regularnie wyrzucanych w przestrzeń kosmiczną z na skutek upadków większych asteroid. Niektóre z nich, po długiej kosmicznej podróży, i na skutek zakrzywień ich orbit na skutek wzajemnego oddziaływania grawitacyjnego ciał niebieskich w naszym Układzie Słonecznym, spadły ostatecznie na Ziemię.

Dotąd udało się znaleźć wiele takich marsjańskich meteorytów i niektórzy badacze (nie bez kontrowersji), sugerują, że to one przyniosły tu mikroby, które dalej rozwinęły się w bogactwo życia, jakie znamy. To potencjalnie oznacza, że to my jesteśmy pierwotnymi Marsjanami! Inni naukowcy posunęli się nawet do dość sensacyjnych stwierdzeń, według których życie mogło podróżować wewnątrz skalnych lub lodowych komet, które dotarły do Układu Słonecznego aż z innych układów gwiezdnych. Pomimo faktu, że teoria jest dość nierealistyczna (choć nie niemożliwa!) gdyby okazała się prawdziwa, pytanie o to, jak życie zaczęło się na Ziemi, stałoby się bardziej pytaniem, jak doszło do powstania życia gdzieś poza Ziemią.

Pierwsze cząsteczki życia mogły wejść we wzajemne reakcje w środowisku pełnym gliny. Tak twierdzi chemik organiczny z Uniwersytetu Glasgow w Szkocji, A.G. Cairns-Smith. Zaproponował on taką tezę w swojej kontrowersyjnej w środowisku naukowym pracy pt. „Siedem poszlak nt. pochodzenia życia” z 1985 r. Naukowiec przekonuje w niej, że kryształy gliny zachowują swoją strukturę w miarę wzrostu i mają skłonność do sklejania się ze sobą, a dzięki obecności w wielu rodzajach środowisk wychwytują inne cząsteczki i pomagają im się organizować w odpowiednie sekwencje, podobnie jak robią to obecnie nasze geny.

Cairns-Smith sugeruje, że do zapisywania informacji niezbędnych do funkcjonowania życia nie jest wcale konieczne DNA. Główną rolą DNA jest jak wiadomo, przechowywanie informacji o tym, jak powinny być ułożone inne cząsteczki. Sekwencje genetyczne w DNA są zasadniczo instrukcjami, w jaki sposób aminokwasy powinny być ułożone w białkach. Według szkockiego naukowca kryształy mineralne w glinie mogły odpowiadać za ułożenie cząsteczek organicznych w zorganizowane wzory. Po pewnym czasie cząsteczki organiczne miały wg niego przejąć to zadanie od kryształów i zacząć się same organizować.