Περιβάλλον Ζωή και Γη

Μία νέα θεωρία για την προέλευση της ζωής

Written by Δ.Μ.

Για περίπου 95 χρόνια οι επιστήμονες που ασχολούνται με την «αβιογένεση», δηλαδή τη μελέτη προέλευσης των ζωντανών οργανισμών από μη έμβια ύλη (δεν έχει σχέση με τη θεωρία της εξέλιξης των ειδών), υπερασπίζονται τη θεωρία της «αρχέγονης σούπας». Διατυπώθηκε το 1924 από τον Aleksandr Oparin (1894-1980) έναν Ρώσο βιολόγο και βιοχημικό και σύμφωνα με τη βασική αρχή της θεωρίας του, η ζωή ξεκίνησε από μια σειρά χημικών αντιδράσεων σε μια θερμή λίμνη, «πυροδοτούμενη» από μια εξωτερική πηγή ενέργειας, όπως έναν κεραυνό ή υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου.

Share

Για περίπου 95 χρόνια οι επιστήμονες που ασχολούνται με την «αβιογένεση», δηλαδή τη μελέτη προέλευσης των ζωντανών οργανισμών από μη έμβια ύλη (δεν έχει σχέση με τη θεωρία της εξέλιξης των ειδών), υπερασπίζονται τη θεωρία της «αρχέγονης σούπας». Διατυπώθηκε το 1924 από τον Aleksandr Oparin (1894-1980) έναν Ρώσο βιολόγο και βιοχημικό και σύμφωνα με τη βασική αρχή της θεωρίας του, η ζωή ξεκίνησε από μια σειρά χημικών αντιδράσεων σε μια θερμή λίμνη, «πυροδοτούμενη» από μια εξωτερική πηγή ενέργειας, όπως έναν κεραυνό ή υπεριώδεις ακτίνες του ήλιου.

thermal-vente

 

Ενώ αρχικά οι θεωρίες του δεν έγιναν πλήρως αποδεκτές από τους επιστήμονες της εποχής, τα πειράματα των επόμενων ετών επιβεβαιώνουν πολλές από τις υποθέσεις του ως σωστά. Ο Aleksandr Oparin έλαβε πολλά βραβεία για το έργο του και είναι γνωστό ότι θεωρείται από πολλούς ως “ο Δαρβίνος του εικοστού αιώνα”.

Τώρα όμως μια μια νέα έρευνα, όπως γράφει ο καθηγητής θεωρητικής βιολογίας του UCL, Arunas Radzvilavicius, εστιάζει σε μια εναλλακτική θεωρία, σύμφωνα με την οποία η ζωή γεννήθηκε κάπου βαθιά στον ωκεανό μέσα σε ένα ζεστό και βραχώδες περιβάλλον (υδροθερμικές αναβλύσεις ή πόροι).

Η μελέτη υποστηρίζει ότι ο τελευταίος κοινός πρόγονος όλων των ζώντων κυττάρων τρέφονταν με αέριο υδρογόνου σε ένα περιβάλλον πλούσιο σε θερμό σίδηρο, που μοιάζει πολύ με αυτό των υδροθερμικών πόρων. Όπως τονίζεται, όσοι επιστήμονες υποστηρίζουν την συμβατική θεωρία, εμφανίζονται επιφυλακτικοί για το εάν και κατά πόσο τα νέα ευρήματα μπορούν να ανατρέψουν την επικρατούσα άποψη για την προέλευση της ζωής. «Αλλά» όπως επισημαίνει «η υπόθεση του υδροθερμικού πόρου, που συχνά περιγράφεται ως εξωτική και αμφιλεγόμενη, εξηγεί πώς ανέπτυξαν τα ζώντα κύτταρα την ικανότητα να αποκτούν ενέργεια, με ένα τρόπο που δεν ήταν πιθανός στην αρχέγονη σούπα».

Σύμφωνα με την συμβατική θεωρία, «η ζωή υποτίθεται ότι ξεκίνησε όταν ένας κεραυνός ή ακτίνες UV προκάλεσαν την ένωση μορίων σε περισσότερο σύνθετες ενώσεις. Αυτές κατέληξαν στη δημιουργία μορίων που αποθηκεύουν πληροφορίες, όμοιες με το δικό μας DNA, οι οποίες εγκαταστάθηκαν στο εσωτερικό προστατευτικών φυσαλίδων των πρωτόγονων κυττάρων. Εργαστηριακά πειράματα επιβεβαιώνουν ότι ίχνος ποσοτήτων μοριακών δομικών λίθων που αποτελούνται από πρωτεΐνες και μόρια που αποθηκεύουν πληροφορία μπορούν πράγματι να δημιουργηθούν κάτω από αυτές τις συνθήκες. Για πολλούς, η αρχέγονη σούπα υπήρξε το πιο αληθοφανές περιβάλλον για την προέλευση του πρώτου ζώντος κυττάρου».

Βέβαια όπως αναφέρει ο καθηγητής Radzvilavicius «η ζωή δεν έχει σχέση μόνο με την αναπαραγωγή πληροφοριών αποθηκευμένων στο DNA. Όλα τα έμβια πλάσματα πρέπει να αναπαράγονται για να επιβιώσουν, αλλά η “αντιγραφή” DNA, η σύνθεση νέων πρωτεΐνών και η δημιουργία νέων δομικών κυττάρων απαιτεί τεράστιες ποσότητες ενέργειας. Στον πυρήνα της ζωής βρίσκονται οι μηχανισμοί της πρόσληψης ενέργειας από το περιβάλλον, η αποθήκευση και η διαρκής διοχέτευση της στις βασικές μεταβολικές αντιδράσεις του κυττάρου».

Το από που προέρχεται αυτή η ενέργεια και πως γίνεται όλη αυτή η διαδικασία μπορεί να μας αποκαλύψει πολλά για τις οικουμενικές αρχές που αφορούν την προέλευση και την εξέλιξη της ζωής. Πρόσφατες μελέτες υποστηρίζουν όλο και περισσότερο ότι η «αρχέγονη σούπα» δεν ήταν το κατάλληλο περιβάλλον για να θέσει σε κίνηση τα πρώτα ζωντανά κύτταρα.

Για τους βιολόγους είναι δεδομένο πως όλη η ζωή στη Γη συνδέεται με την ενέργεια που “παρέχει” ο Ήλιος και αυτή «αιχμαλωτίζεται» από τα φυτά ή εξάγεται από απλές ενώσεις όπως το υδρογόνο ή το μεθάνιο. «Πολύ λιγότερο γνωστό είναι το γεγονός ότι όλη η ζωή αξιοποιεί αυτή την ενέργεια με τον ίδιο και αρκετά περίεργο τρόπο» επισημαίνει ο καθηγητής.

vents_thumb

«Αυτή η διαδικασία λειτουργεί λίγο όπως ένα υδροηλεκτρικό φράγμα. Αντί της απευθείας ενίσχυσης των βασικών μεταβολικών αντιδράσεων, τα κύτταρα χρησιμοποιούν ενέργεια από τα τρόφιμα για πρωτόνια (θετικά φορτισμένα άτομα υδρογόνου) σε μια δεξαμενή πίσω από μια βιολογική μεμβράνη. Έτσι δημιουργείται αυτό που είναι γνωστό ως μια “βαθμίδα συγκέντρωσης” με μια υψηλότερη συγκέντρωση πρωτονίων από τη μία πλευρά και μια μικρότερη από την άλλη. Στη συνέχεια τα πρωτόνια επιστρέφουν μέσω μοριακών τουρμπίνων που είναι ενσωματωμένες στην μεμβράνη, όπως το νερό που ρέει μέσω ενός φράγματος. Αυτό παράγει υψηλής ενέργειας ενώσεις που χρησιμοποιούνται για να τροφοδοτήσουν τις υπόλοιπες δραστηριότητες του κυττάρου».

Σύμφωνα με τον Radzvilavicius η ζωή θα μπορούσε να έχει εξελιχθεί έτσι ώστε να αξιοποιεί οποιαδήποτε από τις αναρίθμητες πηγές ενέργειας που απαντά κανείς στη Γη. «Αντί αυτού, όλες οι μορφές ζωής κινητοποιούνται από τις διαφορές συγκέντρωσης στις μεμβράνες των κυττάρων. Αυτό υποδεικνύει ότι τα πρώιμα ζώντα κύτταρα συνέλεγαν ενέργεια με ένα παρόμοιο τρόπο και ότι η ίδια η ζωή αναδύθηκε σε ένα περιβάλλον στο οποίο οι βαθμίδες πρωτονίων ήταν οι πιο προσιτές πηγές ενέργειας».

Τώρα «πρόσφατες μελέτες, που βασίζονται σε ομάδες γονιδίων που είναι πιθανό να ήταν παρούσες μέσα στα πρώτα ζώντα κύτταρα, εντοπίζουν την προέλευση της ζωής πίσω στους υδροθερμικούς πόρους

της βαθιάς θάλασσας. Πρόκειται για πορώδεις γεωλογικές δομές που δημιουργήθηκαν από χημικές αντιδράσεις μεταξύ στέρεου πετρώματος και νερού. Αλκαλικά υγρά από τον φλοιό της Γης ρέουν προς το επάνω με κατεύθυνση πιο όξινα νερά των ωκεανών ενώ δημιουργούν διαφορές φυσικών συγκεντρώσεων πρωτονίων εντυπωσιακά παρόμοιες με αυτές που τροφοδοτούν όλα τα ζώντα κύτταρα.

«Οι μελέτες υποστηρίζουν ότι στα πρώιμα στάδια της εξέλιξης της ζωής, οι χημικές αντιδράσεις στα πρωτογενή κύτταρα ήταν πιθανό να προκλήθηκαν από αυτές τις μη-βιολογικές βαθμίδες πρωτονίων. Τα κύτταρα στη συνέχεια έμαθαν πώς να παράγουν τις δικές τους βαθμίδες και ξέφυγαν από τους πόρους για να αποικήσουν τον υπόλοιπο ωκεανό και τελικά τον πλανήτη».

Σύμφωνα με τον αρθρογράφο «Ενώ οι εισηγητές της θεωρίας της “αρχέγονης σούπας” υποστηρίζουν ότι ηλεκτροστατικές εκφορτίσεις ή η υπεριώδης ακτινοβολία του Ήλιου προκάλεσαν τις πρώτες χημικές αντιδράσεις της ζωής, η σύγχρονη ζωή δεν φαίνεται να τροφοδοτείται από καμιά από αυτές ευμετάβλητες πηγές ενέργειας. Αντιθέτως, στον πυρήνα της παραγωγής ενέργειας της ζωής είναι οι βαθμίδες ιόντων από τις δυο πλευρές βιολογικών μεμβρανών. Τίποτα, ούτε κατά διάνοια παρόμοιο δεν θα μπορούσε να προκύψει μέσα στις θερμές λιμνούλες του αρχέγονου ζωμού στην επιφάνεια της Γης. Σε αυτά τα περιβάλλοντα, χημικές ενώσεις και φορτισμένα σωματίδια τείνουν να διαλυθούν ομοιόμορφα αντί να διαμορφώνουν βαθμίδες ή καταστάσεις μακράν της ισορροπίας που είναι τόσο βασικό στοιχείο της ζωής.

phylogenetic-tree-life

Ένα δέντρο για γονίδια rRNA, που δείχνει τους τρεις τομείς ζωής : Βακτήρια, Αρχαία και Ευκαρυωτικά, και συνδέει τους τρεις κλάδους των ζωντανών οργανισμών με τον τελευταίο γενικό κοινό πρόγονο (ο μαύρος κορμός στο κάτω μέρος του δέντρου). Σημειώστε ότι τα πιο σύγχρονα μοντέλα τοποθετούν τώρα την προέλευση των ευκαρυωτικών στην αρχαϊκή γενεαλογία.

Οι υδροθερμικοί πόροι της βαθιάς θάλασσας αντιστοιχούν στο μόνο γνωστό περιβάλλον που θα μπορούσε να έχει δημιουργήσει σύνθετα οργανικά μόρια με το ίδιο μορφή μηχανισμού αξιοποίησης της ενέργειας όπως τα σύγχρονα κύτταρα. Η αναζήτηση της προέλευσης της ζωής στην αρχέγονη σούπα είχε νόημα όταν γνωρίζαμε λίγα πράγματα σχετικά με τις οικουμενικές αρχές των ενεργειακών δραστηριοτήτων της ζωής. Όμως καθώς οι γνώσεις μας επεκτείνονται, είναι καιρός να ενστερνιστούμε εναλλακτικές υποθέσεις που αναγνωρίζουν τη σημαντικότητα της ενεργειακής ροής στην διαμόρφωση των πρώτων βιοχημικών αντιδράσεων. Αυτές οι θεωρίες γεφυρώνουν με σταθερότητα το χάσμα μεταξύ ενεργειακών δραστηριοτήτων των ζώντων κυττάρων με των μη-ζώντων μορίων», καταλήγει ο καθηγητής.

Διαβάστε και αυτό:  Οι υδροθερμικές αναβλύσεις στην βαθιά θάλασσα είχαν ιδανικές συνθήκες για την προέλευση της ζωής

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share