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 trzeci w serii.
Przeprowadzone w latach 1952–1953 eksperymenty Millera-Ureya1 obwołano wielkim przełomem w poszukiwaniu szlaku chemicznego prowadzącego od gazów, co do których zakładano, że występowały w atmosferze wczesnej Ziemi, do reakcji chemicznych tworzących aminokwasy, czyli cegiełki budulcowe białek. W ramach tych eksperymentów oraz innych tego typu wytworzono dodatkowe proste monomery – pewne cegiełki budulcowe życia.
Krytyka eksperymentów Millera-Ureya
Później przeprowadzono sumienne analizy eksperymentów Millera-Ureya i podobnych, a wyniki tych analiz wzbudziły wątpliwości co do znaczenia tych eksperymentów. Nadal jednak przedstawia się je w podręcznikach do szkół średnich tak, jak gdyby miały wiarygodne naukowe podstawy. W tych eksperymentach założono, że pierwotna atmosfera była bardzo bogata w energię i zawierała metan, amoniak i wodór, które nie byłyby chemicznie stabilne w atmosferze wczesnej Ziemi. Badania atmosfery wczesnej Ziemi przeprowadzone przez NASA w latach osiemdziesiątych XX wieku potwierdziły, że mieszanina gazów atmosferycznych zastosowana w przełomowych eksperymentach Millera-Ureya była niewłaściwa. W czasopiśmie „Science” podsumowano te odkrycia następująco: „Żadne dane geologiczne albo geochemiczne zgromadzone przez minione trzydzieści lat nie potwierdzają istnienia bogatej w energię, silnie redukującej, prymitywnej atmosfery (składającej się z wodoru, amoniaku i metanu oraz pozbawionej tlenu). Wskazuje na nią tylko sukces eksperymentów laboratoryjnych Millera”2. Autorzy późniejszych artykułów wykazali się jeszcze większą szczerością – w 1995 roku w „Science” stwierdzono, że „wczesna atmosfera nie przypominała tej z eksperymentów Millera-Ureya”3. W 2008 roku na łamach „Science” doniesiono, że „współcześni specjaliści w dziedzinie nauk o Ziemi wątpią, że prymitywna atmosfera miała mocno redukujący skład, jak ten założony w eksperymentach Millera”4.
Atmosfera wczesnej Ziemi
Za tym, że wczesna atmosfera Ziemi nie zawierała wysokich stężeń metanu, amoniaku lub innych redukujących gazów, przemawiają dobre powody. Uważa się, że wczesna atmosfera Ziemi powstała w wyniku wydobywania się gazów z wulkanów, a skład gazów wulkanicznych jest związany z chemicznymi właściwościami wewnętrznego płaszcza i jądra Ziemi. W ramach badań geochemicznych odkryto, że dawne chemiczne właściwości wnętrza Ziemi były podobne do dzisiejszych5. Obecnie gazy wulkaniczne nie zawierają metanu ani amoniaku i na ogół nie są redukujące. Preferowana jest natomiast atmosfera zdominowana przez dwutlenek węgla, ale to stwarza problem dla eksperymentów dotyczących syntezy prebiotycznej, na co wskazuje czołowy teoretyk zagadnienia pochodzenia życia David W. Deamer: „Dwutlenek węgla nie sprzyja bogatemu wachlarzowi szlaków syntezy prowadzących do możliwych monomerów, a więc ponownie powstaje pytanie: jakie było pierwotne źródło organicznych związków węgla?”6.
Inny problem z badaniami dotyczącymi syntezy prebiotycznej typu eksperymentów Millera-Ureya polega na tym, że gdy aminokwasy są syntetyzowane z bogatych w energię gazów, powstaje racemiczna mieszanina zawierająca 50 procent L-aminokwasów i 50 procent D-aminokwasów nazywanych niekiedy lewoskrętnymi i prawoskrętnymi. Cząsteczki białkowe tworzone w układach ożywionych muszą zawierać 100 procent L-aminokwasów. Jeśli w łańcuchu są jakieś D-aminokwasy, to ten łańcuch aminokwasów nie sfałduje się we właściwe trójwymiarowe struktury białkowe determinowane przez ten łańcuch i nie będzie mógł pełnić swojej funkcji.
Kolejne problemy z eksperymentami Millera-Ureya
Istnieją jeszcze inne problemy z badaniami typu eksperymentów Millera-Ureya, w których podejmuje się próby zidentyfikowania wiarygodnych szlaków chemicznych prowadzących do syntezy białek, DNA i RNA – cząsteczek życia. Świadectwa przeczące prebiotycznej syntezie życia są tak mocne, że w 1990 roku National Research Council Space Studies Board zarekomendowała „ponowne sprawdzenie możliwości syntezy monomerów biologicznych w prymitywnych ziemiopodobnych środowiskach, o których mówią współczesne modele wczesnej Ziemi”7. Ze względu na te trudności wielu czołowych teoretyków odrzuciło wyniki eksperymentów Millera-Ureya oraz wspierany przez nie model „bulionu pierwotnego”. W 2010 roku Nick Lane, biochemik z Kolegium Uniwersyteckiego w Londynie, stwierdził, że teoria bulionu pierwotnego „nie trzyma się kupy” i „minęła jej data ważności”8. Lane sugeruje w zamian, że życie powstało w pobliżu podwodnych kominów hydrotermalnych, gdzie woda cyrkuluje przez gorącą skałę wulkaniczną na dnie oceanu. Zarówno hipoteza komina hydrotermalnego, jak i hipoteza bulionu pierwotnego stają jednak w obliczu innego poważnego problemu.
Walter Bradley, Casey Luskin
Oryginał: A Mystery: Prebiotic Synthesis of Simple Organic Monomers, „Science & Culture Today” 2022, September 21 [dostęp: 8 X 2025].
Przekład z języka angielskiego: Dariusz Sagan
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 8.10.2025
Przypisy
- Por. S.L. Miller, A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions, „Science” 1953, Vol. 117, No. 3046, s. 528–529, https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528.
- R.A. Kerr, Origin of Life: New Ingredients Suggested, „Science” 1980, Vol. 210, No. 4465, s. 42 [42–43], https://doi.org/10.1126/science.210.4465.42.
- J. Cohen, Novel Center Seeks to Add Spark to Origins of Life, „Science” 1995, Vol. 270, No. 5244, s. 1925–1926, https://doi.org/10.1126/science.270.5244.1925.
- A.P. Johnson, The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment, „Science” 2008, Vol. 322, No. 5900, s. 404, https://doi.org/10.1126/science.1161527.
- Por. K. Zahnle, L. Schaefer, B. Fegley, Earth’s Earliest Atmospheres, „Cold Spring Harbor Perspectives in Biology” 2010, Vol. 2, No. 10, numer artykułu: a004895, https://doi.org/10.1101/cshperspect.a004895 („Dane geochemiczne pochodzące z najstarszych ziemskich skał magmowych wskazują, że stan redoks płaszcza Ziemi nie uległ zmianie przez minione 3,8 miliarda lat”); D. Canil, Vanadian in Peridotites, Mantle Redox and Tectonic Environments: Archean to Present, „Earth and Planetary Science Letters” 2002, Vol. 195, No. 1–2, s. 75–90, https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00582-9.
- D.W. Deamer, The First Living Systems: A Bioenergetic Perspective, „Microbiology & Molecular Biology Reviews” 1997, Vol. 61, No. 2, s. 244 [239–261], https://doi.org/10.1128/mmbr.61.2.239-261.1997.
- National Research Council Space Studies Board, The Search for Life’s Origins: Progress and Future Directions in Planetary Biology and Chemical Evolution, National Academy Press, Washington, DC 1990, s. 11.
- Cyt. za: D. Kelley, Is It Time to Throw Out “Primordial Soup” Theory?, „NPR” 2010, February 7 [dostęp: 6 IX 2025].
Literatura:
1. Canil D., Vanadian in Peridotites, Mantle Redox and Tectonic Environments: Archean to Present, „Earth and Planetary Science Letters” 2002, Vol. 195, No. 1–2, s. 75–90, https://doi.org/10.1016/S0012-821X(01)00582-9.
2. Cohen J., Novel Center Seeks to Add Spark to Origins of Life, „Science” 1995, Vol. 270, No. 5244, s. 1925–1926, https://doi.org/10.1126/science.270.5244.1925.
3. Deamer D.W., The First Living Systems: A Bioenergetic Perspective, „Microbiology & Molecular Biology Reviews” 1997, Vol. 61, No. 2, s. 244 [239–261], https://doi.org/10.1128/mmbr.61.2.239-261.1997.
4. Johnson A.P., The Miller Volcanic Spark Discharge Experiment, „Science” 2008, Vol. 322, No. 5900, s. 404, https://doi.org/10.1126/science.1161527.
5. Kelley D., Is It Time to Throw Out “Primordial Soup” Theory?, „NPR” 2010, February 7, https://www.npr.org/2010/02/07/123447937/is-it-time-to-throw-out-primordial-soup-theory [dostęp: 6 IX 2025].
6. Kerr R.A., Origin of Life: New Ingredients Suggested, „Science” 1980, Vol. 210, No. 4465, s. 42–43, https://doi.org/10.1126/science.210.4465.42.
7. Miller S.L., A Production of Amino Acids Under Possible Primitive Earth Conditions, „Science” 1953, Vol. 117, No. 3046, s. 528–529, https://doi.org/10.1126/science.117.3046.528.
8. National Research Council Space Studies Board, The Search for Life’s Origins: Progress and Future Directions in Planetary Biology and Chemical Evolution, National Academy Press, Washington, DC 1990.
9. Zahnle K., Schaefer L., Fegley B., Earth’s Earliest Atmospheres, „Cold Spring Harbor Perspectives in Biology” 2010, Vol. 2, No. 10, numer artykułu: a004895, https://doi.org/10.1101/cshperspect.a004895.