Od redakcji „Evolution News”: Eric H. Anderson jest adwokatem, kierownikiem firmy programistycznej oraz współautorem książki Evolution and Intelligent Design in a Nutshell [Ewolucja i inteligentny projekt w pigułce]1 wydanej w 2020 roku.
Autorzy artykułu opublikowanego w czasopiśmie „Nature” starają się rzucić nowe światło na zagadnienie abiogenezy czyli na możliwość powstania życia z elementów nieożywionych2. Temat ten przewinął się również na łamach „New Scientist”3. Na stronie „Phys.org” zwrócono uwagę, że badania prowadzone przez naukowców z Cambridge „pokazują po raz pierwszy, jak niektóre elementy budulcowe DNA i RNA mogły spontanicznie powstać i współistnieć w »pierwotnej zupie« na Ziemi”4.
Celem mojego artykułu nie jest kwestionowanie protokołu badań ani ich wyników. Bez wątpienia praca jest nienaganna, a wyniki są zgodne z opisem. Jestem gotów założyć, że badacze odtworzyli wczesne warunki występujące na Ziemi i wykazali realistyczną prebiotyczną syntezę deoksyadenozyny, deoksyinozyny, cytydyny i urydyny. (Warto zaznaczyć jednak, że wczesne warunki Ziemi są nadal przedmiotem dyskusji).
To są doprawdy fascynujące badania, którą przyczyniają się do zrozumienia tego, co uważamy za elementy składowe RNA i DNA. Jednocześnie winniśmy jednak z ostrożnością podchodzić do naturalistycznego sposobu interpretacji wyników badań. Interpretacje te czasami są przedstawiane bez większego krytycyzmu.
RNA, DNA czy oba?
W artykule wspomniano o trwającej debacie na temat tego, czy abiogeneza rozpoczęła się od RNA jako pierwszego nośnika informacji, co dało początek DNA (hipoteza „świata RNA”), czy od RNA i DNA jednocześnie. Jednym z wyzwań hipotezy świata RNA jest brak wiarygodnego scenariusza wytwarzania DNA z RNA w rzeczywistych warunkach prebiotycznych. Ponadto systemy genetyczne, o których mówi nam współczesna biologia, wykorzystują zarówno DNA, jak i RNA, co skłoniło niektórych badaczy do wniosku, że hipoteza jednoczesnego powstania RNA i DNA upraszcza scenariusz abiogenezy i – jak twierdzą autorzy – „tłumaczy możliwość »genetycznego przyjęcia władzy« [genetic takeover] jednorodnego DNA od RNA. DNA zaczęto postrzegać jako najważniejszą cząsteczkę przechowującą informacje”5.
Innym wyzwaniem, przed którym stoi hipoteza przejścia RNA – DNA, jest wymóg abiotycznej syntezy zarówno elementów DNA, jak i RNA zachodzącej w niewielkiej odległości, a najlepiej w tych samych warunkach geochemicznych. Właśnie w tym zakresie naukowcy starają się wnieść coś nowego, wskazując, że niektóre elementy kwasów nukleinowych można syntetyzować „w toku prebiotycznie prawdopodobnych reakcji odpowiednich substratów”6.
Od elementów budulcowych do kodu
Wspomniani badacze doszli do wniosku, że elementy budulcowe RNA i DNA mogły współistnieć na wczesnej Ziemi przed pojawieniem się życia. Jest to wniosek godny uwagi oraz – w świetle powyższych założeń – rozsądny.
Niemniej samo istnienie elementów budulcowych RNA i DNA niewiele mówi o procesie powstania życia i powiązanych z nim struktur, w tym o informacjach wymaganych do powstania, utrzymania i samoreplikacji życia.
Ostatecznym celem badaczy abiogenezy jest wyjaśnienie pojawienia się życia z nie-życia. John Sutherland, lider grupy badawczej z Cambridge i jeden z najwybitniejszych badaczy pochodzenia życia, zauważa: „Nasza praca sugeruje, że w warunkach panujących w płytkich pierwotnych bajorach i strumieniach występował złożony system genetyczny zawierający życiodajne składniki RNA i DNA. Tym sposobem otrzymujemy wiarygodny scenariusz spontanicznego pojawienia się życia na Ziemi”7.
To bardzo imponujące stwierdzenie i jeśli nie będziemy ostrożni, możemy odnieść wrażenie, że na wczesnej Ziemi rzeczywiście „występował złożony system genetyczny zawierający życiodajne składniki RNA i DNA”. To z kolei może wywołać inne wrażenie, że skoro „kluczowy warunek” został spełniony, zbliżamy się coraz bardziej do wyjaśnienia „spontanicznego pojawienia się życia na Ziemi”. Przyjrzyjmy się temu bliżej.
Po pierwsze, na wczesnej Ziemi nie było czegoś takiego jak „złożony system genetyczny”. W gruncie rzeczy nie istniał nawet żaden system funkcjonalny, tylko cząsteczki oddziałujące pod wpływem normalnych zjawisk fizycznych i chemicznych. Co więcej, system genetyczny wymaga specjalnego rodzaju zdolności funkcjonalnych. Samo DNA i RNA nie wystarczy, ale potrzeba także informacji, która przepływa między nimi. Oznacza to nic innego jak symboliczny kod, zgodnie z którym ciąg nukleotydów w pierwotnym DNA zostałby zinterpretowany i przetłumaczony na inny stan – to, co symboliczne i niematerialne zostaje przetworzone na to, co konkretne i materialne. Taki system z konieczności wymaga przetwarzania informacji – nie tylko możliwości jej przechowywania w DNA, ale także mechanizmów wyszukiwania i translacji. Jak do tej pory nie udało się zaobserwować, by podobny system powstał na skutek działania niekierowanych procesów naturalnych, a do tego mamy zarówno teoretyczne, jak i praktyczne podstawy, aby twierdzić, że coś takiego nigdy nie będzie miało miejsca.
Sutherland bynajmniej nie twierdzi, że ich badania wykazują istnienie prymitywnego systemu genetycznego. Badacz rozważnie dobiera słowa, kiedy rozprawia o tym, jak to praca autorów „sugeruje” istnienie złożonego systemu genetycznego. Ta sugestia trafia na podatny grunt tylko w kontekście przyjęcia pewnych apriorycznych założeń. Mianowicie, że musiał istnieć jakiś prosty, naturalnie występujący system, który ostatecznie doprowadził do „spontanicznego pojawienia się życia na Ziemi”. Wystarczy jednak odrzucić to założenie, aby sugestia wczesnego prymitywnego systemu genetycznego, powstającego w wyniku niekierowanych procesów naturalnych, wyparowała.
Autorzy przedstawili hipotetyczny proces wytwarzania potencjalnych elementów budulcowych, warto jednak pamiętać, że nie są to wszystkie składniki potrzebne do budowy RNA i DNA, o których wiemy. Sugerują oni następnie, że pomniejszona liczba elementów składowych mogła służyć jako rodzaj „alternatywnego alfabetu genetycznego”8. Zastanawiający jest już nawet sam nagłówek artykułu zespołu z Cambridge, w którym wskazuje się na taką możliwość: „Primitive Genetic Alphabet Based on RNA and DNA” [Pierwotny alfabet genetyczny oparty na RNA i DNA]9.
Teoretycznie samo posiadanie elementów składowych potencjalnego alfabetu jest niczym niezwykłym. Potrafię zbudować system przechowywania informacji mając do dyspozycji patyki i kamienie.
Weźmy takie zdanie: w tym pokoju jest wiele słoni. Jaki jest kontekst funkcjonalny tego systemu? Skąd pochodzą informacje? W jaki sposób są pobierane? Jak są interpretowane i stosowane? Jakie jest ogólne znaczenie i cel tych informacji? W jaki sposób ta informacja prowadzi do czegoś kompleksowego, zintegrowanego i spójnego – do powstania żywego organizmu? Samo istnienie cząsteczek, które mogłyby hipotetycznie służyć jako fizyczne nośniki hipotetycznych symboli jako część hipotetycznego pierwotnego alfabetu, nie odpowiada nam w żaden sposób na te pytania.
Nie ma wątpliwości, że naukowcy o tym wiedzą. Problem pojawia się, gdy nie zdajemy sobie sprawy, że istnieje zasadnicza różnica w przyrodzie między posiadaniem niektórych elementów składowych a wykorzystaniem ich do budowy wyrafinowanego systemu funkcjonalnego. Jest to bardzo ważne rozróżnienie i śmiało możemy przypuszczać, że żadne badania nad pierwszą kwestią nie doprowadzą nas do rozwiązania drugiej. Są to zasadniczo różne rodzaje problemów.
Mnóstwo korzystnych okoliczności
Czy w takim przypadku badania nad elementami budulcowymi RNA i DNA prowadzą nas do naturalistycznego wyjaśnienia abiogenezy? Mogę tutaj zrobić coś więcej niż tylko zaoferować elementy budulcowe, a mianowicie zaproponować całe mnóstwo okoliczności korzystnych dla naturalistycznego biegu rzeczy.
Zwolennikowi tej koncepcji mogę dać wszystkie nukleotydy, jakie tylko chce – odpowiednio przygotowane, uformowane, aktywowane i gotowe do połączenia w zgrabne łańcuchy polinukleotydowe. Mogę je nawet wręczyć w odpowiednich proporcjach, aby uzyskać optymalny efekt, a także mogę zbudować najbardziej przyjazne środowisko dla tych podstawowych struktur. Dodanie dowolnego rodzaju źródła energii oraz jej odpowiedniej ilości jeszcze ułatwiłoby reakcje chemiczne, jednak zbyt duża ilość tej energii mogłaby zniszczyć powstające układy. Ważne, aby wszystkie te składowe występowały jednocześnie i w tej samej lokalizacji. A mogę zrobić jeszcze więcej i zapobiegać nieuchronnie ingerującym w cały proces reakcjom krzyżowym. Mało tego, mogę również w cudowny sposób sprawić, aby powstające struktury chemiczne były odporne zarówno na ich naturalne tempo rozpadu, jak i na rozpad spowodowany czynnikami środowiskowymi.
Każda z powyższych ingerencji stanowi otwarte pytanie i wyzwanie dla ostatecznego rozstrzygnięcia problemu abiogenezy. Jaki może być następny krok? Co nam mówi ta teoria na temat tego, jak powstaje życie?
Brak jest naturalistycznego wyjaśnienia. Niemniej poświęcenie czasu na przynajmniej przemyślenie niezliczonych problemów związanych z abiogenezą powinno być obowiązkowym ćwiczeniem dla każdego, kto proponuje scenariusz naturalistyczny.
Spontaniczne generowanie życia?
Sutherland wspomina, że badania uczonych spełniają „kluczowy warunek spontanicznego pojawienia się życia na Ziemi”7. Co właściwie zostało spełnione? Wiele osób jest przekonanych, że u podstaw życia leży zarówno DNA i RNA. Odrzucają tym samym tradycyjny scenariusza „świata RNA” poprzedzającego powstanie DNA.
Trudno się z tym nie zgodzić, gdyż istnieją dobre powody, by myśleć, że życie zaczęło się zarówno od DNA, jak i RNA. Jest tak dlatego, że – jak wcześniej wspomniano – nikt nie był w stanie zaproponować wiarygodnego scenariusza, według którego DNA zostałby utworzony z RNA w warunkach rzeczywistych, a także dlatego, że systemy genetyczne, które znamy w biologii, rzeczywiście obejmują zarówno DNA, jak i RNA.
Ostatnie badania nie wykazały jednak, aby tego rodzaju system genetyczny mógł rzeczywiście powstać sam przez się. Tym samym nie zbliżyliśmy się do wyjaśnienia „spontanicznego pojawienia się życia na Ziemi”.
Aby na wczesnej Ziemi pojawiło się jakiekolwiek życie, poza samym systemem genetycznym potrzebna jest jeszcze możliwość zachodzenia procesu samoreplikacji. Wielu badaczy pochodzenia życia uważa, że samoreplikacja ma kluczowe znacznie dla darwinowskiego procesu mutacji i doboru naturalnego – umożliwia rozwój systemów niezbędnych dla pierwszego organizmu10. Moja analiza opublikowana w Evolution and Intelligent Design in a Nutshell pokazała jednak, że samoreplikacja nie jest punktem wyjścia dla powstania życia. Zamiast tego „znajduje się na końcu niezwykle skomplikowanego, wyrafinowanego i wyspecyfikowanego procesu inżynieryjnego”11.
Kiedy analizujemy, co jest potrzebne do pojawienia się najprostszej formy życia… Inaczej, kiedy robimy krok wstecz i analizujemy, co jest wymagane dla tego wyobrażonego prekursora życia – pojedynczej samoreplikującej się cząsteczki – okazuje się, że scenariusz zgodny z hipotezą abiogenezy zmierza w niewłaściwym kierunku.
Najlepsze z najlepszych
Można śmiało powiedzieć, że naukowcy prowadzący te imponujące badania należą do największych specjalistów w swojej dziedzinie. I chociaż autorzy zdecydowanie zasługują na uznanie, to jednak w kwestii wyjaśnienia pochodzenia życia nic się nie zmieniło.
A jeśli ktoś uważa, że jesteśmy na dobrej drodze, by wyjaśnić pochodzenie życia w kategoriach naturalistycznych, niechaj odpowie na pytanie: co tak naprawdę osiągnęliśmy do tej pory? Otóż na wczesnej Ziemi mamy już elementy budulcowe, które potencjalnie mogłyby zostać wykorzystane w późniejszym procesie jako część produkcji DNA i RNA. Ewentualnie, jak sugerują autorzy, być może elementy budulcowe mogły służyć jako początkowy nośnik informacji, a następnie mogły się przekształcić w późniejsze we współczesne RNA i DNA.
Tak czy inaczej, należałoby je ostrożnie połączyć w oparte na kodzie symbolicznym cząsteczki bogate w informacje. Następnie musiałaby nastąpić aktywacja wielu mechanizmów molekularnych i powiązanych systemów dostępu, interpretacja i wykorzystanie informacji, co dodatkowo wymagałoby zestawu setek genów, komponentów i systemów do przetrwania w środowisku prebiotycznym oraz do samoreplikacji. Żaden z tych kroków nie jest możliwy, jeżeli poruszamy się jedynie w kategoriach czysto naturalistycznych procesów. Na każdym etapie potrzebujemy udziału inteligencji.
Dokąd doszliśmy?
Od powstania pierwszego życia przejdźmy do cudu współczesnej technologii, jakim jest pojazd autonomiczny. To zadziwiające osiągnięcie inżynierii wyposażone jest w rozmaite systemy, podsystemy oraz komponenty wykonane z wielu właściwie dobranych materiałów pod kontrolą wyrafinowanego oprogramowania wpisanego w starannie zaprojektowane drukowane płytki, a także układy scalone wykonane z krzemu. Jednakże na podstawie analizy inżynierskiej, którą przedstawiłem we wspomnianej książce, wiemy, że samoreplikujący się system wymaga znacznie więcej.
Odkrycie, w jaki sposób mogły powstać elementy budulcowe RNA i DNA, ma takie znaczenie dla „spontanicznego pojawienia się życia na Ziemi”, jak odkrycie, w jaki sposób naturalnie występujący krzem doprowadził do samoczynnego pojawienia się pojazdu autonomicznego.
Elementy budulcowe nie mają możliwości formowania się w organizm. One dryfują w pierwotnej zupie i podlegają normalnemu procesowi rozkładu. Nie są natomiast w stanie zrealizować naturalnej potencjalności do reakcji krzyżowych z innymi chemikaliami. Dopiero w odpowiednich rękach mogłyby ulec przekształceniu w nosicieli prostego alfabetu genetycznego.
Wyniki badań nad powstawaniem elementów budulcowych nie pozostawiają złudzeń co do możliwości niekierowanych procesów naturalnych. Tylko przy użyciu wyobraźni moglibyśmy dojść do wniosku, że trafiliśmy na coś, co może być prekursorem życia.
Nieustannie brakuje nam tego, co jest kluczowe, by mogło powstać życie: skoordynowanego działania, spójnej funkcji, regulowanej kontroli, sensownej informacji i celowości. Wszystko to wymaga inteligencji.
Eric H. Anderson
Oryginał: Origin Stories – RNA, DNA and a Dose of Imagination, „Evolution News & Science Today” 2020, June 12 [dostęp 6 I 2023].
Przekład z języka angielskiego: Bartosz Bagrowski
Źródło zdjęcia: Pixabay
Ostatnia aktualizacja strony: 6.1.2023
Przypisy
- Por. T.Y. Lo, P.K. Chien, E.H. Anderson et al., Evolution and Intelligent Design in a Nutshell, Discovery Institute, Seattle 2020.
- Por J. Xu, V. Chmela, N.J. Green, et al., Selective Prebiotic Formation of RNA Pyrimidine and DNA Purine Nucleosides, „Nature” 2020, Vol. 582, No. 7810, s. 60–66, https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9.
- Por. M. Marshall, First Life on Earth May Actually Have Been Built from Both RNA and DNA, „New Scientist” 2020, June 3 [dostęp 20 X 2022].
- MRC Laboratory of Molecular Biology, Did Life Emerge in the “Primordial Soup” via DNA or RNA? Maybe Both, „Phys.Org” 2020, June 3 [dostęp 20 X 2022].
- J. Xu, V. Chmela, N.J. Green, et al., Selective Prebiotic Formation, s. 60.
- Tamże, s. 60.
- MRC, Did Life Emerge in the “Primordial Soup”.
- J. Xu, V. Chmela, N.J. Green, et al., Selective Prebiotic Formation, s. 64.
- Primitive Genetic Alphabet Based on RNA and DNA, MRC Laboratory of Molecular Biology 2020, June 3 [dostęp 20 X 2022].
- Por. C. Dreifus, A Conversation with Nobelist Jack Szostak: From Telomeres to the Origins of Life, „The New York Times” 2011, October 17 [dostęp: 20 X 2022]; N. Greenfieldboyce, In Lab, Clues to How Life Began, „NPR.Org” [dostęp: 20 X 2022].
- E.H. Anderson, A Factory that Builds Factories that Build Factories that…, w: T.Y. Lo, P.K. Chien, E.H. Anderson et al., Evolution and Intelligent Design in a Nutshell, s. 84 [65–87].
Literatura:
- Anderson E.H., A Factory that Builds Factories that Build Factories that…, w: T.Y. Lo, P.K. Chien, E.H. Anderson et al., Evolution and Intelligent Design in a Nutshell, Discovery Institute, Seattle 2020, s. 65–87.
- Dreifus C., A Conversation with Nobelist Jack Szostak: From Telomeres to the Origins of Life, „The New York Times” 2011, October 17 [dostęp: 20 X 2022].
- Greenfieldboyce N., In Lab, Clues to How Life Began, „NPR.Org” [dostęp: 20 X 2022].
- Lo T.Y., Chien P.K., Anderson E.H. et al., Evolution and Intelligent Design in a Nutshell, Discovery Institute, Seattle 2020.
- Marshall M., First Life on Earth May Actually Have Been Built from Both RNA and DNA, „New Scientist” 2020, June 3 [dostęp 20 X 2022].
- MRC Laboratory of Molecular Biology, Did Life Emerge in the “Primordial Soup” via DNA or RNA? Maybe Both, „Phys.Org” 2020, June 3 [dostęp 20 X 2022].
- Primitive Genetic Alphabet Based on RNA and DNA, MRC Laboratory of Molecular Biology 2020, June 3 [dostęp 20 X 2022].
- Xu J., Chmela V., Green N.J. et al., Selective Prebiotic Formation of RNA Pyrimidine and DNA Purine Nucleosides, „Nature” 2020, Vol. 582, No. 7810, s. 60–66, https://doi.org/10.1038/s41586-020-2330-9.
Hipoteza swiata RNA została sfalsyfikowana przez jej propagatorów – w bardzo ich kompromitujący sposób! Tutaj są szczegóły:
https://www.salon24.pl/u/slawekp7/1298661,czy-mozna-stworzyc-drzewo-obrazujace-przebieg-ewolucji-chemicznej