Ερωτήσεις για την προέλευση της ζωής
Μέρος 1ο

Άρθρο, Ιούλιος 2003

Όταν σχηματίστηκε η Γη, περίπου 4,54 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ήταν μια άψυχη, αφιλόξενη θέση για τη ζωή. Κι ένα δισεκατομμύριο χρόνια μετά υπήρχαν προηγμένες μορφές της ζωής πάνω στη Γη, οργανισμοί που έμοιαζαν με τα γαλαζοπράσινα άλγη.

Σε βράχους αυτής της εποχής, έχουν βρεθεί 'αποτυπώματα' κυανοβακτηριδίων, τους πιο εξελιγμένους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς που είναι μέχρι και σήμερα παρόντες στη Γη. Επίσης αποθέσεις άνθρακα πλούσιους στο ελαφρύτερο ισότοπο C-12 —ένα σημάδι βιολογικής αφομοίωσης— επιβεβαιώνουν την ύπαρξη της ζωής σε ακόμα παλαιότερη ηλικία. Αφ' ετέρου, θεωρείται ότι ο νέος πλανήτης, που βρισκόταν κάτω από την επίδραση των ηφαιστειακών εκρήξεων αλλά που κτυπιόταν ανελέητα και κομήτες και αστεροειδείς, παρέμεινε αφιλόξενος στους οργανισμούς για περίπου μισό δισεκατομμύριο χρόνια μετά από το σχηματισμό του, περίπου 4.54 δισ. χρόνια πριν. Αυτό αφήνει ένα παράθυρο ίσως και 200-300 εκατομμύρια χρόνια για την εμφάνιση της ζωής πάνω στη Γη.

Πώς όμως σχηματίστηκαν; Πώς, εν ολίγοις, άρχισε η ζωή;

Αυτή η ερώτηση, που χιλιάδες χρόνια βασανίζει τους ανθρώπους συνεχίζει να δημιουργεί συναρπαστικές υποθέσεις και έξυπνα πειράματα, πολλές από τις οποίες στρέφονται στην εξής πιθανότητα. Η εμφάνιση της ζωής μπορεί να οφείλεται στο αυτοαντιγραφικό μακρομόριο RNA, που η εμφάνισή του στη Γη ήταν ο κρίσιμος και ο θεμελιώδης κρίκος στο δρόμο για τη ζωή. Πώς όμως  δημιουργήθηκε αυτό το RNA, παραμένει άγνωστο.

Πότε ξεκίνησε η ζωή;

Από τα απολιθώματα των οργανισμών που υπήρχαν πάνω στη Γη υπάρχουν αποδείξεις ότι η ζωή έχει ηλικία τουλάχιστον 3.5 δισεκατομμυρίων χρόνων και ίσως και 3.8 δισ. χρόνων.

Η προέλευση της ζωής πρέπει λοιπόν να έχει εμφανιστεί νωρίτερα από αυτό το διάστημα, αλλά όμως όχι και πολύ νωρίτερα, γιατί τα πρώτα-πρώτα εκατό εκατομμύρια χρόνια της γήινης ιστορίας ο πλανήτης δεχόταν καθημερινά έναν έντονο βομβαρδισμό συντριμμιών, που είχαν μείνει ελεύθερα από την εποχή του σχηματισμού του ηλιακού συστήματος. Οι μεγαλύτερες τότε συγκρούσεις με αντικείμενα από το διάστημα ή οι πτώσεις μετεωριτών κλπ, θα είχαν εξαφανίσει πιθανώς την οποιαδήποτε μορφή ζωής, που θα υπήρχε την εποχή εκείνη πάνω στη Γη.

Δεδομένου ότι η Γη έχει ηλικία περίπου 4.5 δισεκατομμύρια χρόνια, ο πλέον πιθανός χρόνος για το ξεκίνημα της ζωής δείχνει έτσι να είναι μεταξύ των 4 και 3.8 δισεκατομμυρίων ετών πριν από τη σημερινή εποχή.

Πού όμως έγινε;

Μια τρέχουσα δημοφιλής θεωρία για τις τοποθεσίες στις οποίες ξεκίνησε η ζωή είναι οι βαθύς υδροθερμικοί αεραγωγοί μέσα στη θάλασσα. Αυτή η πρόταση ξεκίνησε όταν ανακαλύφθηκαν μεγάλα οικοσυστήματα γύρω από αυτούς τους υδροθερμικούς αεραγωγούς, την ανακάλυψη ότι υπερθερμοφιλικοί οργανισμοί φαίνονται να είναι μεταξύ των αρχαιότερων κλάδων του δέντρου της ζωής, και το γεγονός ότι τέτοιες θέσεις θα παρείχαν την απαραίτητη χημεία και μια έτοιμη πηγή ενέργειας. Μια τοποθεσία βαθιά μέσα στη θάλασσα, επίσης, θα πρόσφερε περισσότερη προστασία από το βαρύ βομβαρδισμό της επιφάνειας της Γης από το διάστημα. Όμως άλλοι επιστήμονες υποστηρίζουν ότι τέτοιες υψηλές θερμοκρασίες θα κατέστρεφαν σημαντικές χημικές ουσίες όπως το RNA, και ότι η προέλευση πρέπει να έχει εμφανιστεί σε πιο μέτριες θερμοκρασίες πλησιέστερα στην επιφάνεια.

Μήπως όμως η ζωή δεν ξεκίνησε στη Γη;

Μια άλλη δυνατότητα είναι ότι η ζωή δημιουργήθηκε σε έναν άλλο πλανήτη, ο Άρης είναι ο πλέον πιθανός, και μεταφέρθηκε στη Γη από τους μετεωρίτες. Έχουμε πολλά παραδείγματα Αρειανών μετεωριτών, και στην έντονη φάση του βομβαρδισμού η μεταφορά του υλικού μεταξύ των πλανητών θα είχε γίνει κάτι το συνηθισμένο. Δεν φαίνεται επίσης αδικαιολόγητο ότι οργανισμοί σαν τα βακτηρίδια θα μπορούσαν να έχουν επιζήσει αυτού του ταξιδιού πάνω σε μετεωρίτες.

Πώς όμως ξεκίνησε;

Ξέρουμε ότι όλες οι μορφές της ζωής μοιράζονται σήμερα μια κοινή χημική βάση, που βασίζεται στη χρήση του DNA για να μεταφέρει τις απαραίτητες γενετικές πληροφορίες στην επόμενη γενιά, στα πρωτεϊνικά ένζυμα για να ενεργήσουν ως καταλύτες και να καθοδηγήσουν τις σύνθετες χημικές διαδικασίες στα κύτταρα, σε ένα καθολικό γενετικό κώδικα που κάνει δυνατό στην ακολουθία του DNA να ορίζει λεπτομερώς μια πρωτεΐνη, και μια πρωτεϊνοσύνθεση που βασίζεται στο RNA. Αυτή η βασική δομή πρέπει να έχει κληρονομηθεί από ένα κοινό πρόγονο όλων των μορφών της ζωής. Αυτός ο κοινός πρόγονος που ήταν γνωστός επίσης ως LUCA (Last Universal Common Ancestor Τελευταίος Καθολικός Κοινός Πρόγονος) έζησε πριν δισεκατομμύρια χρόνια, αλλά νίξεις ή υπαινιγμοί ως προς τη φύση του μπορούν να αποκαλυφτούν μέσω της μοριακής φυλογένεσης - τη σύγκριση των ακολουθιών των γονιδίων για τον καθορισμό του δέντρου της ζωής - με το LUCA στις ρίζες του.

Ο Κόσμος του RNA

Για να καταλάβουμε πώς ξεκίνησε το DNA/πρωτεϊνική δομή του LUCA πρέπει να το αντιμετωπίσουμε σαν το πρόβλημα της κότας και του αυγού. Το DNA μπορεί να αντιγραφεί πιστά μόνο με τη βοήθεια των πρωτεϊνικών ενζύμων, αλλά αυτές οι πρωτεΐνες απαιτούν την ύπαρξη του DNA για να προσδιορίσουν τη δομή τους. Μια λύση σε αυτό το πρόβλημα προέρχεται από το RNA. Τα μόρια RNA μπορούν να αντιγραφούν και να μεταφέρουν πληροφορίες (όπως και το DNA) και να ενεργήσουν και ως καταλύτες (ribozymes) όπως οι πρωτεΐνες. Αυτή η ικανότητά τους, μαζί με τον τρέχοντα ρόλο του RNA στα πρωτόγονα χαρακτηριστικά γνωρίσματα της χημείας των κυττάρων, μας φανερώνει ότι αρχικά το RNA θα μπορούσε να παρέχει και το γονιδίωμα και τους καταλύτες και αυτοί οι ρόλοι θα μπορούσαν στη συνέχεια να αναληφθούν από το DNA και τις πρωτεΐνες. Αυτό το στάδιο είναι γνωστό ως Κόσμος του RNA (RNA World).

Ο Κόσμος προ-RNA 

Θα μπορούσε λοιπόν ένας τέτοιος Κόσμος του RNA να έχει δημιουργηθεί άμεσα με την τυχαία λειτουργία της προβιοτικής χημείας;

Αυτό όμως φαίνεται απίθανο - η κατασκευή των συστατικών του RNA και η συγκέντρωση τους σε έναν βιώσιμο κόσμο RNA ικανό να φέρει την εξέλιξη, δεν είναι εύκολη υπόθεση.

Κατά συνέπεια πολλοί ερευνητές της Προέλευσης της Ζωής ερευνούν τώρα την πιθανότητα να υπάρχει κι ένας Κόσμος προ-RNA - ένα απλούστερο σύστημα στο οποίο έγινε χρήση μερικών άλλων γενετικών υλικών αντί για το RNA ή το DNA - στον οποίο θα μπορούσε να λειτουργήσει η εξέλιξη με τη βοήθεια της φυσικής επιλογής, αλλά που φαίνεται πιο φυσιολογικό να είναι προϊόντα της προβιοτικής χημείας.

Υπάρχουν πολλές προτάσεις για αυτόν τον Αρχέγονο Κόσμο του προ-RNA, που κυμαίνονται από τις απλούστερες παραλλαγές των RNA/DNA πεπτιδικών νουκλεϊνικών οξέων έως την πρόταση του Graham Cairns-Smith περί ανόργανων κρυστάλλων αργίλου.

Άλλοι επιστήμονες πιστεύουν ότι αντί να ψάχνουμε για μόρια αντιγραφής πρέπει να στρέψουμε την προσοχή μας στον πρωτο-μεταβολισμό - δίκτυα αντιδράσεων που μπορεί να είναι πρόδρομοι των σύνθετων μεταβολικών δρόμων των σύγχρονων κυττάρων.