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 czwarty w serii.
Załóżmy na moment, że istniał jakiś sposób wytworzenia prostych cząsteczek organicznych na wczesnej Ziemi. Być może te cząsteczki utworzyły bulion pierwotny, a może powstały w pobliżu jakiegoś wysokoenergetycznego komina hydrotermalnego. W każdym razie teoretycy zajmujący się zagadnieniem pochodzenia życia muszą wyjaśnić, jak aminokwasy albo inne kluczowe cząsteczki organiczne połączyły się ze sobą, by utworzyć długie łańcuchy (polimery), czyli białka lub cząsteczki RNA, w procesie nazywanym polimeryzacją.
Popularny model
Problem z wersją tego modelu, w której zakłada się istnienie bulionu pierwotnego, polega na tym, że bulion znajdowałby się w stanie równowagi chemicznej i nie byłoby energii swobodnej potrzebnej do dalszych reakcji między cząsteczkami organicznymi1. W gruncie rzeczy, chemicznie rzecz ujmując, ostatnim miejscem, w którym chcielibyśmy łączyć ze sobą aminokwasy lub inne monomery w łańcuchy, byłoby ogromne, wodne środowisko, jak bulion pierwotny lub obszar oceanu w pobliżu jakiegoś komina hydrotermalnego. Jak przyznaje amerykańska Narodowa Akademia Nauk: „Dwa aminokwasy nie łączą się ze sobą spontanicznie w wodzie. Pod względem termodynamicznym faworyzowana jest reakcja przeciwna”2. Badacze pochodzenia życia Stanley L. Miller i Jeffrey L. Bada również zauważyli, że polimeryzacja aminokwasów w peptydy „nie jest faworyzowana w obecności ciekłej wody we wszystkich temperaturach”3. Inaczej mówiąc, woda rozkłada białkowe łańcuchy monomerów z powrotem na aminokwasy (albo inne składniki), co bardzo utrudnia tworzenie białek (albo innych polimerów, jak RNA) w bulionie pierwotnym lub pod wodą w pobliżu jakiegoś komina hydrotermalnego.
Model mówiący o kominie hydrotermalnym jest popularny wśród badaczy pochodzenia życia, ponieważ za swoją podstawę bierze wysokoenergetyczne środowisko. Model ten boryka się jednak z dodatkowymi problemami. Kominy hydrotermalne zwykle istnieją dość krótko, być może zaledwie kilkaset lat4 – jest to tak krótka skala czasu, że uznano, iż powstanie życia przy podwodnych kominach „zasadniczo przypomina samorództwo”5. Trudno jest również wyobrazić sobie, jak prebiotyczne związki chemiczne mogły zgromadzić się w takim chaotycznym, bezkresnym środowisku oceanicznym6.
Największa przeszkoda
Niewykluczone jednak, że na największą przeszkodę na drodze do powstania życia przy kominach hydrotermalnych wskazuje nazwa tych kominów, mianowicie na skrajnie wysokie temperatury. Zgodnie z tym, co napisano na łamach „Scientific American”, w ramach eksperymentów Millera i Bady, dotyczących trwałości związków prebiotycznych w pobliżu kominów, wykazano, że bardzo mocno rozgrzana woda „zniszczyłaby złożone związki organiczne, nie zaś pomogła w ich wytworzeniu”7.
W przekonaniu Millera i Bady „synteza organiczna nie nastąpiłaby w wodach w pobliżu komina hydrotermalnego”, co wskazuje, że kominy nie są stanowią możliwego rozwiązania problemu pochodzenia życia, ponieważ „każdą teorię pochodzenia życia proponującą warunki temperatury i czasu, przy których związki nie mogłyby być stabilne, można odrzucić już na samej tej podstawie”8. Niektórzy mogliby odpowiedzieć, że przy pewnych zasadowych kominach hydrotermalnych panuje niższa temperatura9, ale wysokie pH w pobliżu tych kominów na ogół powoduje precypitację węgla w minerały węglanowe, w wyniku czego w wodzie morskiej pozostaje bardzo mało węgla potrzebnego do prebiotycznych reakcji chemicznych10, a to oznacza, że wysokie pH działa na RNA w wielkiej mierze destrukcyjnie11. Jak ujęto tę kwestę w jednym z artykułów: „ewolucja RNA jest mało prawdopodobna w sąsiedztwie jakiegoś znajdującego się w głębinach morskich zasadowego komina hydrotermalnego”12.
Walter Bradley, Casey Luskin
Oryginał: Forming Polymers: A Problem for the Origin of Life, „Science & Culture Today” 2022, September 22 [dostęp: 10 X 2025].
Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 10.10.2025
Przypisy
- Por. N. Lane, J.F. Allen, W. Martin, How Did LUCA Make a Living?: Chemiosmosis in the Origin of Life, „BioEssays” 2010, Vol. 32, No. 2, s. 271–280, https://doi.org/10.1002/bies.200900131.
- Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council, The Limits of Organic Life in Planetary Systems, National Academy Press, Washington, DC. 2007, s. 60.
- S.L. Miller, J.L. Bada, Submarine Hot Springs and the Origin of Life, „Nature” 1988, Vol. 334, No. 6183, s. 609–611, https://dx.doi.org/doi:10.1038/334609a0.
- Por. J. Horgan, In the Beginning, „Scientific American” 1991, Vol. 264, No. 2, s. 116–125. Horgan omawia wyniki badań Millera i Bady przedstawione w artykule: S.L. Miller, J.L. Bada, Submarine Hot Springs and the Origin of Life.
- J.L. Bada, New Insights into Prebiotic Chemistry from Stanley Miller’s Spark Discharge Experiments, „Chemical Society Review” 2013, Vol. 42, No. 5, s. 2186–2196, https://doi.org/10.1039/C3CS35433D.
- Por. K. Matsuno, E. Imai, Hydrothermal Vent Origin of Life Models, w: Encyclopedia of Astrobiology, eds. M. Gargaud et al., Springer, Berlin 2015, s. 1162–1166.
- J. Horgan, In the Beginning.
- S.L. Miller, J.L. Bada, Submarine Hot Springs and the Origin of Life. Por. też S.L. Miller, A. Lazcano, The Origin of Life Did It Occur at High Temperatures?, „Journal of Molecular Evolution” 1995, Vol. 41, s. 689–692, https://doi.org/10.1007/BF00173146.
- Por. K. Matsuno, E. Imai, Hydrothermal Vent Origin of Life Models; D.S. Kelley et al., An Off-Axis Hydrothermal Vent Field Near the Mid-Atlantic Ridge at 30°N, „Nature” 2001, Vol. 412, No. 6843, s. 145–149, https://doi.org/10.1038/35084000; D.S. Kelley et al., A Serpentinite-Hosted Ecosystem: The Lost City Hydrothermal Field, „Science” 2005, Vol. 307, No. 5714, s. 1428–1434, https://doi.org/10.1126/science.1102556.
- Por. N. Kitadai, S. Maruyama, Origins of Building Blocks of Life: A Review, „Geoscience Frontiers” 2018, Vol. 9, No. 4. s. 1117–1153, https://doi.org/10.1016/j.gsf.2017.07.007.
- Por. H.S. Bernhardt, W.P. Tate, Primordial Soup or Vinaigrette: Did the RNA World Evolve at Acidic pH?, „Biology Direct” 2012, Vol. 7, numer artykułu: 4, https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-4.
- Tamże.
Literatura:
1. Bada J.L., New Insights into Prebiotic Chemistry from Stanley Miller’s Spark Discharge Experiments, „Chemical Society Review” 2013, Vol. 42, No. 5, s. 2186–2196, https://doi.org/10.1039/C3CS35433D.
2. Bernhardt H.S., Tate W.P., Primordial Soup or Vinaigrette: Did the RNA World Evolve at Acidic pH?, „Biology Direct” 2012, Vol. 7, numer artykułu: 4, https://doi.org/10.1186/1745-6150-7-4.
3. Committee on the Limits of Organic Life in Planetary Systems, Committee on the Origins and Evolution of Life, National Research Council, The Limits of Organic Life in Planetary Systems, National Academy Press, Washington, DC. 2007.
4. Horgan J., In the Beginning, „Scientific American” 1991, Vol. 264, No. 2, s. 116–125.
5. Kelley D.S. et al., A Serpentinite-Hosted Ecosystem: The Lost City Hydrothermal Field, „Science” 2005, Vol. 307, No. 5714, s. 1428–1434, https://doi.org/10.1126/science.1102556.
6. Kelley D.S. et al., An Off-Axis Hydrothermal Vent Field Near the Mid-Atlantic Ridge at 30°N, „Nature” 2001, Vol. 412, No. 6843, s. 145–149, https://doi.org/10.1038/35084000.
7. Kitadai N., Maruyama S., Origins of Building Blocks of Life: A Review, „Geoscience Frontiers” 2018, Vol. 9, No. 4. s. 1117–1153, https://doi.org/10.1016/j.gsf.2017.07.007.
8. Lane N., Allen J.F., W. Martin, How Did LUCA Make a Living?: Chemiosmosis in the Origin of Life, „BioEssays” 2010, Vol. 32, No. 2, s. 271–280, https://doi.org/10.1002/bies.200900131.
9. Matsuno K., Imai E., Hydrothermal Vent Origin of Life Models, w: Encyclopedia of Astrobiology, eds. M. Gargaud et al., Springer, Berlin 2015, s. 1162–1166.
10. Miller S.L., Bada J.L., Submarine Hot Springs and the Origin of Life, „Nature” 1988, Vol. 334, No. 6183, s. 609–611, https://dx.doi.org/doi:10.1038/334609a0.
11. Miller S.L., Lazcano A., The Origin of Life Did It Occur at High Temperatures?, „Journal of Molecular Evolution” 1995, Vol. 41, s. 689–692, https://doi.org/10.1007/BF00173146.