Niespełnione obietnice krytyków ID i nierozwiązany problem genezy życia w artykule „Nature”Czas czytania: 13 min

W 2006 roku odbyła się debata amerykańskiego historyka nauki i filozofa nauki Stephena C. Meyera z paleontologiem ewolucyjnym Peterem Wardem. Ward zauważył wówczas, że „Uniwersytet Harvarda przeznaczył w ostatnim czasie 100 milionów dolarów na funkcjonowanie ośrodka prowadzącego badania nad problemem pochodzenia życia”. Przewiduje on też, że ponieważ zagadnienie genezy aktualnie w nauce jest jednym z najbardziej frapujących, to „w przeciągu dekady będziemy w stanie tworzyć życie w warunkach laboratoryjnych”. Dziesięć lat później, w 2016 roku, odbyła się inna debata, w której uczestniczyli Meyer, Denis Lamoureux oraz fizyk Lauren Krauss. Ten ostatni zapewniał wówczas, że „jesteśmy już naprawdę blisko” opracowania modelów ewolucyjnych wyjaśniających, w jaki sposób powstało życie drogą procesów chemicznych. W tym roku mija piętnaście lat od spotkania Meyer–Ward oraz pięć lat od debaty Meyer–Lamoureux–Krauss. Warto więc przyjrzeć się, jaki jest obecny stan badań nad zagadnieniem pochodzenia życia.

Pod koniec zeszłego roku w czasopiśmie „Nature” ukazał się artykuł pod tytułem The Water Paradox and The Origin of Life [Paradoks wody i pochodzenie życia]¹, który potwierdza, że wciąż mierzymy się z ogromnymi niewiadomymi dotyczącymi najwcześniejszych etapów powstania życia, czyli z wyjaśnieniem, w jaki sposób powstały pierwsze biocząsteczki w prebiotycznym świecie. Powyższy artykuł rozpoczyna się od słów: „Woda jest niezbędna do życia, ale rozkłada DNA i inne kluczowe cząsteczki. Jak więc pierwsze komórki poradziły sobie z tak potrzebną a jednocześnie niebezpieczną substancją?”. Następnie artykuł opisuje różne stanowiska zajmowane przez naukowców w tej dyskusji: niektórzy uważają, że życie powstało w oceanie, inni zaś twierdzą, że na lądzie. Wyraźnie widać, że osią sporu w tej dziedzinie jest środowisko, w którym miałyby powstać pierwsze formy życia. Każda z proponowanych hipotez boryka się jednak z wieloma problemami.

Przechodząc do lamusa

Hipotezę, że życie powstało w środowisku oceanicznym, wysnuto w latach pięćdziesiątych XX wieku po słynnych badaniach Stanleya Millera nad uzyskaniem związków organicznych w środowisku prebiotycznym. W artykule wyjaśniono jednak, że ten model w niektórych kręgach naukowych właśnie przechodzi do lamusa:

Wielu naukowców dostrzega obecnie w tej hipotezie duży problem – wiązania w podstawowych biocząsteczkach, takich jak białka czy też kwasy nukleinowe (np. DNA i RNA), rozpadają się w wodzie. Białka to łańcuchy połączonych ze sobą reszt aminokwasowych, podobnie jak kwasy nukleinowe to łańcuchy nukleotydów. Po umieszczeniu tych polimerów w wodzie ich wiązania pękają. W chemii organicznej „woda jest wrogiem, którego należy unikać tak bardzo, jak to tylko możliwe”, napisał nieżyjący już biochemik Robert Shapiro w swojej najważniejszej książce Origins (1986) [Pochodzenie życia]², poddając krytyce hipotezę pierwotnego oceanu. Tak oto wygląda paradoks wody³.

Przyjrzyjmy się bliżej tej kwestii. Załóżmy, że na wczesnej Ziemi istniała możliwość powstania prostych cząsteczek organicznych (monomerów). Być może te molekuły ukształtowały się w oceanicznej zupie i może proces ten zaszedł w pobliżu jakiegoś wysokoenergetycznego komina hydrotermalnego. W każdym razie następnym etapem syntezy jest połączenie tych cząsteczek w łańcuchy, czyli w polimery. Miejsca w pobliżu oceanicznych otworów hydrotermalnych czy też pierwotna zupa stanowią środowiska wodne, które z punktu widzenia chemika są ostatnimi lokalizacjami, gdzie chciałby dokonać syntezy aminokwasów lub innych monomerów w łańcuchy. Jak zauważa amerykańska Narodowa Akademia Nauk: „Dwa aminokwasy nie łączą się spontanicznie w środowisku wodnym. Z termodynamicznego punktu widzenia należy spodziewać się raczej odwrotnej reakcji”⁴. Naukowcy zajmujący się zagadnieniem genezy – Stanley Miller i intelektualny spadkobierca Millera, Jeffrey Bada – przyznają, że reakcja polimeryzacji prowadzącej do powstania białek „nie zachodzi wydajnie w żadnej temperaturze w środowisku wodnym”⁵. Innymi słowy, woda zrywa wiązania peptydowe i prowadzi z powrotem do powstania reszt aminokwasowych (lub innych cząsteczek), co bardzo utrudnia produkcję dłuższych peptydów (lub innych polimerów, takich jak RNA) w pierwotnej zupie. Tak więc w omawianym artykule w „Nature” przyznano, że:

[…] chemicy nie byli jeszcze w stanie dokonać laboratoryjnej syntezy tak szerokiego zakresu cząsteczek biologicznych w środowisku przypominającym środowisko wodne.

Otrzymane dane empiryczne były powodem, dla którego wielu badaczy porzuciło hipotezę, że życie pojawiło się w oceanach i zamiast tego swoje zainteresowania badawcze skupili oni na środowiskach lądowych, czyli na miejscach o zmiennym klimacie⁶.

[Moran] Frenkel-Pinter twierdzi, że w otwartym oceanie nie jest możliwe uzyskanie wystarczającego stężenia cząsteczek. „Jest to naprawdę problem” – potwierdza [Claudia] Bonfio⁷.

Błędne koło

Według niektórych, sposobem na obejście tego problemu jest znalezienie mniej wilgotnego środowiska, w którym proste monomery organiczne mogą koncentrować się w mniejszych zbiornikach wodnych. Hipoteza ta zakłada, że woda zawarta w takim środowisku okresowo zanika, umożliwiając reakcję kondensacji, której produktem są większe cząsteczki. Artykuł w „Nature” wyjaśnia, że zwolennicy tego podejścia do badań nad początkami życia utrzymują, iż „kluczowe cząsteczki życia i jego podstawowe procesy” powstały w wodach powierzchniowych, na przykład „w stosunkowo płytkich zbiornikach zasilanych strumieniami”⁸. Ta propozycja ma jednak krytyków, którzy optują za hipotezą, że życie powstało w środowisku oceanicznym lub w pobliżu dennych kominów hydrotermalnych:

Przyjęcie innej hipotezy o charakterze środowiska, które stanowiłoby źródło dla powstania życia [z oceanu na powierzchnię], nie jest zmianą oczywistą dla wszystkich. Naukowcy argumentujący na rzecz tezy, że życie powstało na lądzie, twierdzą, że w ten sposób unikamy pewnego paradoksu znanego już od dawna – woda jest niezbędna do życia, jednak może mieć także destrukcyjny wpływ na podstawowe biocząsteczki⁹.

Można powiedzieć więc, że artykuł przedstawia nie jedno, ale dwa błędne koła na progu powstania życia:

[…] do syntezy podstawowych związków biochemicznych potrzeba promieniowania ultrafioletowego pochodzącego ze światła słonecznego, na skutek czego środowisko wodne musiało ulec bardzo silnej kondensacji, a nawet mogło dojść do kompletnej utraty wody ze środowiska¹⁰.

Dla jasności, problem tego błędnego koła wygląda następująco: a) aby powstały pewne ważne elementy budulcowe, wymagane jest promieniowanie UV, ale zbyt duże promieniowanie UV niszczy te cząsteczki chemiczne; b) woda jest niezbędna do powstania pewnych związków budulcowych, ale jeśli woda nie zostanie w późniejszym czasie usunięta ze środowiska, to nie dojdzie do syntezy monomerów w polimery i proces powstawania życia nie przekroczy kolejnej granicy.

Tylko odpowiednio dobrane warunki…

Artykuł zawiera także jedno z częściowych rozwiązań tego zagadnienia. Okresowe działanie suszy na wczesnych etapach powstawania pierwszych form życia mogło prowadzić do syntezy bardziej złożonych cząsteczek. Brzmi to jednak jak precyzyjne dostrojenie następujących po sobie zdarzeń, które umożliwiają zaistnienie „odpowiednich” warunków do powstania życia. W rzeczy samej, w artykule przyznano nawet, że taki scenariusz przewiduje zaistnienie tylko dobrze dobranych warunków: „konieczna jest odpowiednia ilość wody – nie za dużo, aby cząsteczki nie rozpadły się zbyt szybko, ale też nie za mało, bo inaczej nie doszłoby do żadnych zmian”¹¹.

Ale jest jeszcze większy problem – nawet jeśli te szczęśliwe scenariusze okażą się trafne, to przecież samo powstanie biocząsteczek nie jest równoznaczne z powstaniem życia:

Środowisko ubogie w wodę umożliwia powstanie cząsteczek łańcuchowych, takich jak białka i RNA.

Ale samo tworzenie RNA i innych cząsteczek nie może być jeszcze nazwane życiem. Musiałby powstać samowystarczalny, dynamiczny system¹².

Do stworzenia tak złożonych układów potrzebna jest jeszcze energia chemiczna – co jest główną zaletą hipotezy uwzględniającej kominy hydrotermalne, które są bogatym źródłem energii niezbędnej do reakcji chemicznych. Jednak z powodów, o których mowa wyżej, kwestia kominów hydrotermalnych (i innych środowisk wodnych) także wiąże się z koniecznością rozprawienia się z pewnymi problemami. Niemniej hipoteza ta wciąż ma swoich zwolenników:

Od lat osiemdziesiątych XX wieku geolog Michael Russell, niezależny badacz pracujący wcześniej w Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii, argumentował na rzecz alternatywnej hipotezy. Twierdził, że życie zaczęło się w otworach na dnie morza, gdzie z formacji geologicznych wycieka ciepła woda alkaliczna. Interakcje między ciepłą wodą a skałami mogłyby zapewnić energię chemiczną, która najpierw napędziłaby proste cykle metaboliczne, a później zaczęłyby wytwarzać się użyteczne związki chemiczne, takie jak RNA.

Russell krytycznie odnosi się do stanowiska [Johna] Sutherlanda, który „robi kawał dobrej roboty w dziedzinie chemii”, ale nic z tego nie wynika. Jak twierdzi Russell, współczesne organizmy wykorzystują zupełnie inne procesy chemiczne do wytwarzania substancji, takich jak RNA. To te procesy musiały powstać jako pierwsze, a nie same substancje. „Życie bardzo precyzyjnie dobiera niezbędne cząsteczki. Ale one nie biorą się znikąd – trzeba stworzyć je od zera, co właśnie miało miejsce w historii życia”¹³.

Niech naszej uwadze nie umknie argumentacja z ostatniego akapitu – problem z powierzchniowym modelem pochodzenia życia polega na tym, że wyjaśnia on tylko powstanie cząsteczek, natomiast nie tłumaczy powstania szlaków biochemicznych właściwych dla życia. Oczywiście jest też kontrargumentacja ze strony zwolenników modeli powierzchniowych – mianowicie, że nie można syntetyzować cząsteczek potrzebnych do życia pod wodą:

„Żaden z produktów syntezy nie zachował się w przydennym kominie hydrotermalnym. Coś takiego po prostu nie mogło się stać i się nie stało” – twierdzi Catling.

Frenkel-Pinter również krytycznie odnosi się do tej hipotezy. Utrzymuje, że cząsteczki, z którymi pracuje, nie przetrwałyby długo w takich warunkach. „Proces tworzenia protopeptydów nie pasuje zbytnio do pomysłu z kominami hydrotermalnymi” – oznajmia Frenkel-Pinter”¹⁴.

I tutaj ponownie pojawia się błędne koło: w najlepszym przypadku istnieje możliwość powstania związków chemicznych niezbędnych do powstania życia, brak jest natomiast dostępu do energii chemicznej potrzebnej do napędzania reakcji biochemicznych. Obie opcje nie mogą zaistnieć jednocześnie.

Coraz bardziej kreatywni…

Oto dlaczego właśnie naukowcy zajmujący się zagadnieniem pochodzenia życia muszą być bardzo kreatywni. Jednakże im bardziej się starają, tym bardziej ich rozwiązania przypominają wyjaśnienia teleologiczne. Jeden z naukowców zaproponował rozwiązanie, które można by nazwać ultradopasowaniem – według niego podwodny komin hydrotermalny zawierałby jakieś „suche przestrzenie”, w których woda mogłaby wyschnąć. Aby nie być gorszym, John Sutherland podał jeszcze bardziej skomplikowaną propozycję, w której najpierw meteoryt uderzył w Ziemię, a potem… och, trzeba to zobaczyć na własne oczy:

[wyobraźmy sobie] krater powstały po uderzeniu meteorytu, ogrzewany przez Słońce i energię pozostałą po uderzeniu, z wieloma strumieniami wody spływającymi po pochyłych zboczach i ostatecznie spotykającymi się w basenie na dnie – mogłoby to być złożone, trójwymiarowe środowisko o powierzchni bogatej w minerały funkcjonujące niczym katalizatory, w którym związki chemiczne na bazie węgla mogłyby być na przemian rozpuszczane w wodzie i suszone na słońcu¹⁵.

Przypomina to analogię Jamesa Toura, który sprowadził ten sposób myślenia do metafory trzęsienia ziemi, podczas którego wszystkie potrzebne do ciasta składniki wysypują się z szafek w odpowiedniej kolejności w sposób prowadzący do powstania ciasta.

Dwa obozy

W każdym razie w artykule opublikowanym w „Nature” przyznano, że skutkiem naukowej dyskusji na temat charakteru środowiska, w którym mogły zachodzić reakcje prowadzące do powstania pierwszych form życia, jest poważny rozłam w dziedzinie badań nad genezą, a sam temat wymaga dalszych badań:

Gdzie to wszystko mogło się wydarzyć? Zdania w tej kwestii są podzielone. Obserwuje się dwa pokoleniowe obozy. Wielu naukowców starszego pokolenia zajmuje konkretne stanowisko, natomiast przedstawiciele młodszego twierdzą, że wciąż nie uzyskaliśmy wyczerpujących odpowiedzi¹⁶.

Zawężenie pola poszukiwań, w którym mogłoby zacząć się życie, wymaga lepszego zrozumienia praw chemii prebiotycznej – w jaki sposób dochodzi do interakcji wielu różnych reakcji i w jakich warunkach zachodzą te reakcje¹⁷.

Dokąd nas to wszystko doprowadziło? Od lat obiecuje się nam, że rozwiązanie zagadki dotyczącej początków życia znajduje się tuż za rogiem. Ale nawet teraz – w 2021 roku – naukowcy nie mogą dojść do konsensusu dotyczącego środowiska, w którym zaszły pierwsze reakcje prowadzące do powstania pierwotnych form życia, ponieważ każda propozycja wiąże się z jakimiś problemami: w środowisku wodnym trudno o odpowiednie stężenie cząsteczek, by powstały polimery, natomiast hipoteza uwzględniająca kominy hydrotermalne na dnie oceanów ma tę wadę, że prawdopodobnie cząsteczki organiczne w ich pobliżu uległyby zniszczeniu. Natomiast na powierzchni Ziemi nie ma realnego źródła energii chemicznej, która napędzałaby reakcje chemiczne prowadzące do powstania życia. Zmusza to naukowców do odwoływania się do scenariusza w oparciu o ideę precyzyjnego dostrojenia, gdzie ilość wody, ciepła i promieniowania UV jest „odpowiednia”, więc akurat taka, by cząsteczki mogły być syntetyzowane, a nie degradowane.

Być może przyszłość przyniesie prawdziwy postęp. Jak na razie pewne jest tylko to, że naukowcy zajmujący się problemem genezy wcale nie są „coraz bliżej” rozwiązania zagadki powstania pierwszych form życia, a obietnice, które słyszeliśmy, okazały się obietnicami bez pokrycia, użytymi w celu powstrzymania ludzi przed zboczeniem ze ścieżki prowadzącej do materialistycznych wyjaśnień. A przynajmniej taką nadzieję mają autorzy tych obietnic.

Casey Luskin

Oryginał: Nature Article Admits Unanswered Origin-of-Life Questions, Exposing Broken Promises of ID Critics, „Evolution News & Science Today” 2021, February 15 [dostęp 20 V 2022].

Przekład z języka angielskiego: Anna Nehring-Rupińska

Źródło zdjęcia: Pixabay

Ostatnia aktualizacja strony: 20.05.2022

Literatura: