Od redakcji Science & Culture Today: Mamy przyjemność zaprezentować serię artykułów Waltera Bradleya i Caseya Luskina dotyczącą zagadnienia „Czy pierwsze życie powstało w sposób w pełni naturalny?”. Niniejszy artykuł stanowi zmodyfikowaną część rozdziału opublikowanego w książce The Comprehensive Guide to Science and Faith: Exploring the Ultimate Questions About Life and the Cosmos [Wyczerpujący przewodnik po nauce i wierze. Rozważania dotyczące podstawowych pytań o życie i kosmos] i ukazuje się jako piąty w serii.
Zakładając, że prebiotyczne polimery organiczne mogą być tworzone w pewnym zbiorze warunków naturalnych, życie i tak nie może powstać, jeśli potrzebne cząsteczki nie będą mogły skoncentrować się lub „zgrupować” w jakimś ochronnym pojemniku, w którym mogą zachodzić niezbędne reakcje chemiczne. W przypadku organizmów żywych takie środowisko stanowi podstawową jednostkę życia – komórkę. Czy jednak coś takiego jak błona komórkowa mogło powstać naturalnie przed zaistnieniem życia?
W latach siedemdziesiątych XX wieku biochemik Sidney W. Fox i jego współpracownicy uznali, że odkryli prymitywne struktury przypominające błonę komórkową, które nazwali mikrosferami protenoidowymi1. Inne struktury, zwane koacerwatami, zaproponowano – najpierw przez Aleksandra Iwanowicza Oparina – jako potencjalne prekursory współczesnych błon komórkowych2. Ponieważ w tych strukturach nie zachodzi żaden metabolizm i nie mają one zdolności do samoreprodukcji3, jest oczywiste, że nie były one formami życia. Jednak nawet gdyby te struktury miały te zdolności, to nie byłyby w stanie pełnić najbardziej podstawowej ochronnej funkcji błon komórkowych: odróżniać składniki pokarmowe od odpadów i toksycznych związków chemicznych.
Tak objaśniono ten wymóg w Campbell’s Biology [Biologia Campbella], znakomitym podręczniku biologii dla szkół wyższych:
Jednym z najwcześniejszych epizodów w ewolucji życia mogło być utworzenie błony zamykającej roztwór inny od roztworu otaczającego, ale umożliwiającej pobieranie składników pokarmowych i eliminację odpadów. Zdolność komórki do rozróżniania wymian chemicznych ze swoim środowiskiem ma fundamentalne znaczenie dla życia, a tę selektywność umożliwia błona plazmowa i wchodzące w jej skład cząsteczki4.
Inteligentny, aktywny stróż
Nie ulega wątpliwości, że autorzy tego podręcznika mają rację: bez tej istotnej bariery ochronnej najwcześniejsze formy życia nie byłyby zdolne do pobierania pożywienia i byłyby wrażliwe na szkodliwe cząsteczki i reakcje chemiczne w zewnętrznym środowisku, takie jak utlenianie. Błona utrzymuje też wszystkie składniki komórki ze sobą, co umożliwia zachodzenie niezbędnych procesów komórkowych. Jednak „dwuwarstwa lipidowa” współczesnych komórek nie jest wyłącznie bierną ścianą, lecz inteligentnym, aktywnym stróżem wpuszczającym wodę i składniki pokarmowe do środka i wypuszczającym odpady na zewnątrz. Wyspecjalizowane maszyny osadzone w tej inteligentnej błonie odróżniają substancje użyteczne od nieużytecznych dzięki różnorodnym szlakom biochemicznym i pompom molekularnym. Jak zauważył chemik syntetyczny James Tour z Uniwersytetu Rice’a, problemem dla badaczy pochodzenia życia jest to, że w żadnym ich eksperymencie nie wytworzono „niezbędnych biernych miejsc transportu i aktywnych pomp umożliwiających przechodzenie jonów i cząsteczek przez dwuwarstwowe błony”5.
Onieśmielająca złożoność
Tour szczegółowo omawia onieśmielającą złożoność błon komórkowych, która nie została wyjaśniona przez badaczy pochodzenia życia:
- Badacze zidentyfikowali tysiące różnych struktur lipidowych we współczesnych błonach komórkowych. Są to między innymi glicerolipidy, sfingolipidy, sterole, prenole, sacharolipidy i poliketydy. Z tego powodu wybór składu dwuwarstwy dla naszej docelowej syntetycznej błony wcale nie jest prosty. Co ważne, przy tworzeniu pęcherzyków – syntetycznych dwuwarstw lipidowych – mieszaniny lipidów mogą zdestabilizować układ.
- Dwuwarstwy lipidowe otaczają organelle subkomórkowe, takie jak jądra i mitochondria, które same są nanosystemami i mikrosystemami. Każda z tych organelli ma własny skład lipidowy.
- Lipidy mają rozkład niesymetryczny. Zewnętrzne i wewnętrzne ściany dwuwarstwy lipidowej są chemicznie niejednakowe i nie można ich zamieniać miejscami6.
Pomimo skromnego postępu w zakresie syntetycznej produkcji mikrosfer, koacerwatów i podobnych im struktur, ich niezdolność do odróżniania składników pokarmowych od odpadów i toksycznych związków chemicznych oznacza, że etap grupowania na drodze do powstania życia nie uzyskał wyjaśnienia.
Walter Bradley, Casey Luskin
Oryginał: The “Clumping” Problem and the Origin of Life, „Science & Culture Today” 2022, September 23 [dostęp: 15 X 2025].
Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 15.10.2025
Przypisy
- Por. S.W. Fox, J.R. Jungck, T. Nakashima, From Protenoic Microsphere to Contemporary Cell: Formation of Internucleotide and Peptide Bonds by Protenoid Particles, „Origins of Life” 1974, Vol. 5, No. 1, s. 227–237, https://doi.org/10.1007/BF00927027.
- Por. E. Astoricchio et al., The Wide World of Coacervates: From the Sea to Neurodegeneration, „Trends in Biochemical Sciences” 2020, Vol. 45, No. 8, s. 706–717, https://doi.org/10.1016/j.tibs.2020.04.006.
- Por. Z. Hua, On the Origin of Life: A Possible Way from Fox’s Microspheres into Primitive Life, „Symbiosis” 2018, Vol. 4, No. 1, s. 1–7, http://dx.doi.org/10.15226/2376-4589/4/1/00130.
- J.B. Reece et al., Campbell’s Biology, 9th ed., Pearson, Boston 2011, s. 125.
- J. Tour, An Open Letter to My Colleagues, „Inference Review: International Review of Science” 2017, Vol. 3, No. 2 [dostęp: 14 IX 2025].
- Por. tamże.
Literatura:
1. Astoricchio E. et al., The Wide World of Coacervates: From the Sea to Neurodegeneration, „Trends in Biochemical Sciences” 2020, Vol. 45, No. 8, s. 706–717, https://doi.org/10.1016/j.tibs.2020.04.006.
2. Fox S.W., Jungck J.R., Nakashima T., From Protenoic Microsphere to Contemporary Cell: Formation of Internucleotide and Peptide Bonds by Protenoid Particles, „Origins of Life” 1974, Vol. 5, No. 1, s. 227–237, https://doi.org/10.1007/BF00927027.
3. Hua Z., On the Origin of Life: A Possible Way from Fox’s Microspheres into Primitive Life, „Symbiosis” 2018, Vol. 4, No. 1, s. 1–7, http://dx.doi.org/10.15226/2376-4589/4/1/00130.
4. Reece J.B. et al., Campbell’s Biology, 9th ed., Pearson, Boston 2011.
5. Tour J., An Open Letter to My Colleagues, „Inference Review: International Review of Science” 2017, Vol. 3, No. 2 [dostęp: 14 IX 2025].