Livets uppkomst. Toppar nog listan av händelser som periodiserar historien. Big history! Samtidigt är det nog den händelse som är öppen för mest spekulation, det finns mycket lite fakta att gå på. Till och med Big bang verkar vi ha mer begripliga teorier om.
Jag läser "Kvantbiologi" av Johnjoe McFadden och Jim Al-Khalili (från 2014) och "Liv i ljusets hastighet" av Craig Venter, 2013. Och jag läser om lite i klassikerna "Vad är liv" av Schrödinger från 1944 och "Slump och nödvändighet" av Jaques Monod, från 1970.
Det finns inte några spår av de äldsta livsformerna, de försvann i någon tidig fas av evolutionen. Och ännu har inga experiment varit i närheten av att skapa liv från enkla kemikalier. Vi vet helt enkelt inte hur det gick till.
Även de enklaste levande organismer som finns nuförtiden är mycket avancerade. När J. Craig Venter och hans team försöker skapa syntetiskt liv arbetar de med enkla organismer som Mycoplasma genitalium. Men denna bakterie har 482 proteinkodande gener och 42 RNA-gener, det är inget som enkelt kan sättas ihop av sig själv i en ursoppa av kemikalier. 1995 publicerades hela genomet på 580000 baspar. Och då är mykoplasma bland de enklaste bakterierna. De har ingen cellvägg utan omges enbart av ett cellmembran.
En annan modellorganism är Methanococcus jannaschii, en så kallade extremofil inom domänen arkeer. (dvs varken Bacteria eller Eukarya). Arkebakteriernas gener är till mer än hälften helt skilda från andra domäners gener. Just denna variant lever vid hetvattenutflödet i djuphavsbottnar och skapar sin energi genom att omvandla koldioxid till metan. Det kanske liknar mer villkoren i den kemiska ursoppan för 4 miljarder år sedan. Men det är inte någon enkel organism, genomet innehåller över 1800 proteinkodande gener, dvs. 3-4 ggr mer än mykoplasma
Hur ska det allra enklaste livet definieras? Livets uppkomst kan banalt definieras som det som gav upphov till det vi nu känner som liv. Andra mer generella definitioner brukar gå på linjen att liv är komplexa system som klarar att uppnå homeostas och som i någon fas av sin existens kan föröka sig. Homeostas är förmågan att reglera processer för att klara förändring. Att hålla sig vid liv, om man så vill. Och utöver det ingår ett kretslopp i definitionen av liv - förökning, fortplantning eller självreplikation. Det kan ses som en utvidgning av begreppet homeostas till att inkludera att organismen överlever genom att återfödas.
David Christians "Big history" hänvisar till Schrödingers definition från klassikern "Vad är liv" från 1944. Att liv är något som skapar komplexitet istället för sönderfall i oordning och att livet grundläggande byggstenar är någon form av aperiodiska kristaller som samverkar i en allt mer komplex metabolism. Det finns något bra med att ha med att livet ska bestå av "kristaller", dvs av strukturerade kemiska substanser. Schrödinger kallar det inte kristaller, han skriver "aperiodic solid". Det är Jaques Monod som skriver om aperiodiska kristaller, och menar proteinter, RNA och DNA. "Artificiellt liv" som kan skapas i datorer eller av storskaliga tekniska apparater (robotar som bygger och kopierar sig själva) får då kallas för något annat än liv - det tycker jag känns rimligt och bra.
Den första referensen kring forskning om livets uppkomst är "Miller-Urey"-experimenten som på 50-talet visade att komplexa molekyler kan uppkomma i en ursoppa av kemikalier. De byggde på Alexander Oparins (1894-1980) och John B.S. Haldanes (1892-1964) teorier om en ursprunglig soppa (primordial soup). Redan Darwin skrev kortfattat om detta. och ett fint ord för detta område är "abiogenes". Det betyder ungefär "liv som inte kommer från liv" och begreppet myntades av T.H. Huxley 1870.
Den moderna referensen är främst Jack Szostak, (född 1952). Hans forskning rör protoceller med självkatalyserande RNA, även kallat ribozymer. Även här pratar vi rätt komplicerade strukturer.
Johnjoe McFadden och Jim Al-Khalili redogör på ett roligt vis om hur resultatet av ett "Miller-Urey"-försök egentligen ser ut. Om man tar en blandning av enkla kemiska föreningar och utsätter det för värme och blixtar så får man visserligen en del intressanta molekyler men det samlade intrycket är att man helt enkelt bränner vid hela blandningen och får en svart knäck som får skrapas ur reaktionskolven. Sådant har alla organiska kemister åstadkommit, men det gör inte att de varit nära att skapa liv.
För att liv ska uppkomma krävs något mer strukturerat. Av en slump måste "aperiodiska kristaller" funnits i en miljö där rätt reagens doserades in och slutprodukterna sedan paketerades på något vis för att skyddas mot vidare reaktioner och kopior av de ursprungliga molekylerna skapats och sedan ska denna process upprepas. För att liv ska uppstå måste dessa slumpartade reaktioner leda till den "nödvändighet" som Jaques Monod talar om, det vill säga den relativt stabila reproduktion som evolutionen sedan kan börja verka på.
I boken Kvantbiologi så argumenterar författarna för att kvantfenomen har betydelse för denna process. De refererar till försök av Marlan Scully vid Princeton och teorier av Apoorva D. Patel i Bangalore. Utan att gå in på detaljerna så finner jag det rimligt om nu all kemi i grunden är kvantkemi. Men de försök som gjorts har ännu inte visat på någon mekanism för hur det har skett.
På det filosofiska planet tillför kvantmekaniken en nivå av slump utöver den "klassiska slump" som uppkomsten av en livgivande ursoppa utgör. Och vidare, när livet väl uppkommit, så måste mekanismerna för reproduktion vara så oerhört stabila att de inte trasas sönder av olika kvantfenomen. Om livet uppkommit på grund av att vissa kvantreaktioner tyglats så har det skett på ett vis som med nödvändighet har upprepats sedan arkeikum.
Tillägg 20180109: Ett anknytande forskningsområde rör metabolism innan livet fanns, något som kan kallas proto-metabolism. Referens inom detta område är Ramanarayanan Krishnamurthy vid Scripps Institut och NASAs centrum för kemisk evolution.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar