Πριν εμφανιστεί η ζωή στη γη, είτε ένα πρωτόγονο είδος μεταβολισμού είτε ένας μηχανισμός αναπαραγωγής παρόμοιος με το RNA πρέπει να είχε ξεκινήσει σαν προπομπός – έτσι πιστεύουν οι εμπειρογνώμονες. Αλλά τι προηγήθηκε αυτών των βημάτων της προ-ζωής;
Δύο επιστήμονες του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Φρανζίσκο (UCSF) έχει αναπτύξει ένα μοντέλο που εξηγεί πώς απλές χημικές και φυσικές διαδικασίες μπορεί να είχαν θέσει τα θεμέλια της ζωής. Όπως όλα τα χρήσιμα μοντέλα, έτσι και το δικό τους μπορεί να δοκιμαστεί, και αυτοί περιγράφουν πώς μπορεί να γίνει. Το μοντέλο τους είναι βασισμένο στους απλούς, γνωστούς χημικούς και φυσικούς νόμους.
Η βασική ιδέα είναι ότι οι απλές αρχές των χημικών αλληλεπιδράσεων επιτρέπουν ένα είδος φυσικής επιλογής σε μια μικροκλίμακα: κάποια ένζυμα μπορούν να συνεργαστούν και να ανταγωνιστούν το ένα με το άλλο με απλούς τρόπους, οδηγώντας σε ρυθμίσεις που μπορούν να γίνουν σταθερές, ή “κλειδωμένες”, όπως λέει ο Ken Dill, ένας ερευνητής και καθηγητής της φαρμακευτικής χημείας στο UCSF.
Οι επιστήμονες συγκρίνουν αυτήν την χημική διαδικασία της “αναζήτησης, της επιλογής, και της μνήμης” με μια άλλη πολύ καλά μελετημένη διαδικασία: διαφορετικοί ρυθμοί της πυροδότησης των νευρώνων στον εγκέφαλο οδηγούν σε νέες συνδέσεις μεταξύ των νευρώνων και τελικά στην ώριμη διασύνδεση του εγκεφάλου. Ομοίως, η τυχαία κοινωνική αναζήτηση στα μυρμήγκια ανακάλυψε τα τρόφιμα και τελικά έφτιαξαν μια βραχυπρόθεσμη μνήμη για ολόκληρη την αποικία χρησιμοποιώντας τα χημικά ίχνη.
Συγκρίνουν, επίσης, τα χημικά βήματα με τις αρχές της εξέλιξης του Δαρβίνου: έγινε μια τυχαία επιλογή των γνωρισμάτων σε διαφορετικούς οργανισμούς, μια επιλογή των πιο προσαρμοστικών γνωρισμάτων, και έπειτα έγινε η κληρονομιά των καταλληλότερων χαρακτηριστικών στο περιβάλλον (και πιθανώς την εξαφάνιση εκείνων με τα λιγότερα προσαρμοστικά γνωρίσματα).
Όπως αυτές οι πολύ προφανείς διαδικασίες, οι χημικές αλληλεπιδράσεις στο μοντέλο τους περιλαμβάνουν τον ανταγωνισμό, τη συνεργασία, την καινοτομία και μια προτίμηση για τη συνέπεια, λένε οι ερευνητές.
Το μοντέλο τους εστιάζεται στα ένζυμα που λειτουργούν ως καταλύτες – τις ενώσεις που επιταχύνουν μια αντίδραση χωρίς να αλλάζουν στη διαδικασία. Οι καταλύτες είναι πολύ συνηθισμένοι στα συστήματα της ζωής καθώς επίσης και τις βιομηχανικές διαδικασίες. Πολλοί ερευνητές θεωρούν ότι οι πρώτοι πρωτόγονοι καταλύτες στη γη δεν ήταν τίποτα πιο περίπλοκο από τις επιφάνειες του αργίλου ή άλλων μεταλλευμάτων.
Στην απλούστερη μορφή του, το μοντέλο δείχνει πώς δύο καταλύτες σε ένα διάλυμα, Α και Β, που ο κάθε ένας τους καταλύει μια διαφορετική αντίδραση, θα μπορούσαν να καταλήξουν σε κάτι σύνθετο, το ΑΒ. Ο αποφασιστικός παράγοντας είναι η σχετική συγκέντρωση των επιθυμητών συνεργατών τους. Η διαδικασία θα μπορούσε να γίνει ως εξής: Ο καταλύτης Α παράγει μια χημική ουσία που ο καταλύτης Β χρησιμοποιεί. Τώρα, επειδή ο Β κανονικά αναζητά αυτήν την χημική ουσία, μερικές φορές ο καταλύτης Β θα ελκύεται προς τον Α. Κατά συνέπεια, ο Α και ο Β θα πλησιάσουν, γεγονός που θα διαμορφώσει ένα συγκρότημα.
Η λέξη “σύνθετη” είναι βασική επειδή δείχνει πώς οι απλές χημικές αλληλεπιδράσεις, με λίγους παίκτες, και ακολουθώντας βασικούς χημικούς νόμους, μπορούν να οδηγήσουν σε έναν νέο συνδυασμό μορίων μεγαλύτερης πολυπλοκότητας. Η εμφάνιση της πολυπλοκότητας – είτε στα νευρωνικά συστήματα, είτε στα κοινωνικά συστήματα, είτε στην εξέλιξη της ζωής, είτε ολόκληρου του κόσμου — είναι εδώ και καιρό ένας σημαντικός γρίφος, ιδιαίτερα στις προσπάθειες να καθοριστεί πώς προέκυψε η ζωή.
Ο Dill ονομάζει τις χημικές αλληλεπιδράσεις “στοχαστική καινοτομία” – προτείνοντας ότι αυτό περιλαμβάνει και τις τυχαίες (στοχαστικές) αλληλεπιδράσεις και την εμφάνιση νέων ρυθμίσεων.
“Ένα σημαντικό ζήτημα για την προέλευση της ζωής είναι πώς οι χημικές ουσίες, που δεν έχουν κανένα συμφέρον, έγιναν ` βιολογικές” — οδηγημένες να εξελιχθούν από τη φυσική επιλογή”, λέει. “Αυτό το απλό μοντέλο παρουσιάζει μια εύλογη διαδρομή σε αυτόν τον τύπο της πολυπλοκότητας.”
