Narodziny życia na Ziemi

José Maria Riaza Morales SJ

publikacja 28.10.2006 23:32

Fragment książki "Kościół i nauka", Wydawnictwo WAM, 2003 Spontaniczne narodziny Ewolucja materii abiotycznej w odległej przeszłości Doświadczenia laboratoryjne Krytyka teorii .:::::.

Narodziny życia na Ziemi

Teoria ewolucyjna od swych początków zakładała, że wszystkie gatunki biologiczne rodziły się jedne z drugich. Nie tak dawno doszło do tego przekonanie, że u zarania dziejów życie pojawiło się na Ziemi na drodze ewolucji z materii nieożywionej.

Spontaniczne narodziny

Sformułowanie takiej tezy przychodzi dosyć łatwo, gdyż już od starożytności mówiono o spontanicznych narodzinach niższych form życia z materii nieożywionej. To przekonanie panowało nie tylko w kręgach mniej światłych, ale także wśród uczonych tej miary, co Needham, Buffon, Oken, Trevirano, Von Baer... Jeszcze w drugiej połowie ubiegłego wieku popierają ją Büchner i Moleschott, a Frémy, Fouchet, Joly, Musset przeprowadzają w paryskiej Akademii Nauk doświadczenia na jej poparcie.

W historii nauki szczególne miejsce zajmują doświadczenia przeprowadzone przez L. Pasteura. Ten wybitny francuski chemik i lekarz wykazał podczas wykładu w paryskiej Akademii Nauk (1862), a potem na konferencji w Sorbonie (1864), brak jakichkolwiek podstaw naukowych do owej tezy. Argumenty przytaczane na jej potwierdzenie pochodziły ze źle przeprowadzonych eksperymentów, a także z nazbyt dowolnej interpretacji faktów naukowych.

W historii nauki szczególne miejsce zajmują doświadczenia przeprowadzone przez L. Pasteura. Ten wybitny francuski chemik i lekarz wykazał podczas wykładu w paryskiej Akademii Nauk (1862), a potem na konferencji w Sorbonie (1864), brak jakichkolwiek podstaw naukowych do owej tezy. Argumenty przytaczane na jej potwierdzenie pochodziły ze źle przeprowadzonych eksperymentów, a także z nazbyt dowolnej interpretacji faktów naukowych.

Ewolucja materii abiotycznej w odległej przeszłości

E. Haeckel bronił poglądu, że we wczesnym stadium rozwoju Ziemi powstały szczególne warunki, choć ich nie precyzuje, które doprowadziły do powstania życia. Po nim wielu uczonych usiłowało podać więcej konkretów. Wysunięto przypuszczenie, iż pierwotna atmosfera mogła być zbliżona w swym składzie do tej, jaką obecnie posiada Jupiter, Saturn czy Neptun, planety na niższym szczeblu ewolucji od naszej.

Miałaby ona składać się z pary wodnej, metanu, amoniaku, dwutlenku siarki, wodoru i paru innych gazów. Pozbawiona wolnego tlenu, umożliwiała przenikanie promieni ultrafioletowych do powierzchni Ziemi, co z kolei umożliwiało syntezę różnych związków organicznych. Związki te, z powodu braku w atmosferze wolnego tlenu, który by je zniszczył, gromadziły się w morzach aż do momentu, gdy – jak twierdzi J.B.S. Haldane – „prymitywne oceany osiągnęły konsystencję gęstego i ciepłego bulionu”.

Ten brytyjski biochemik przedstawia w Rationalist Annual (1929) poglądy swych poprzedników. Kilka lat wcześniej inny biochemik, Rosjanin A.I. Oparin, wydał krótką monografię Jak powstało życie na ziemi (1924), w której rozwinął podobne koncepcje. Oparin i Haldane nie zakładają, w przeciwieństwie do teorii spontanicznych narodzin, że dziś mogą spowodować powstanie życia z materii abiotycznej, ale że tak właśnie ono powstało dzięki specjalnym warunkom i okolicznościom, jakie zaszły na Ziemi w drodze ewolucji. W 1952 r. Amerykanin H.C. Urey powraca w dziele The Planets (Planety) do tez Oparina i Haldane’a.


Doświadczenia laboratoryjne

Na Uniwersytecie w Chicago najpierw S.L. Miller (1953), potem Miller i Urey (1959) przeprowadzają doświadczenia laboratoryjne, aby dowiedzieć się, jakie substancje mogły powstać w pierwotnej atmosferze ziemi pod wpływem istniejących wówczas źródeł energii. Odkryli, że w mieszaninie metanu, pary wodnej i wodoru podczas wyładowania elektrycznego tworzyły się aldehydy, aminokwasy i kwasy karboksylowe. Sprzyjające warunki stwarzały także inne mieszaniny gazowe, pozbawione wolnego tlenu. Pewna ilość węgla, zawarta początkowo w metanie, weszła w skład czterech aminokwasów, będących jednostkami strukturalnymi obecnych białek.

Otwarto tym samym nowy front badań i rychło wkroczyli na niego uczeni ze wszystkich stron świata. Eksperymentowano z substancjami i źródłami energii innymi niż te wykorzystane przez Millera i Ureya. Szereg związków, innych niż metan, z powodzeniem pełniło rolę dostarczyciela węgla, różne były też zastosowane źródła energii: światło widzialne, promienie ultrafioletowe, promienie rentgenowskie, wysoka temperatura, wibracje ultradźwiękowe... Zaskakująca jest różnorodność syntetyzowanych związków organicznych: glicyna, alanina, seryna, walina i inne aminokwasy, a także pentozy, puryny, pirydyny, nukleotydy, kwasy, aldehydy itd.

W następnym etapie S.W. Fox i jego współpracownicy, podgrzewając mieszaninę aminokwasów, próbowali otrzymać makromolekuły typu białkowego. Otrzymali kopolimery znacząco podobne do białek naturalnych, jakkolwiek o niższym ciężarze molekularnym i mniejszej długości. Domysły na temat początków życia na Ziemi stały się źródłem wielu naukowych hipotez i prac badawczych. Uczeni, orędownicy teorii o powstaniu życia drogą ewolucji z materii nieożywionej, postawili hipotezę, że ewolucyjna transformacja prebiotyczna przebiegała w trzech etapach. W pierwszym okresie miały miejsce narodziny drobnych cząsteczek typu organicznego, synteza monomerów, jak aminokwasy, nukleotydy i cukry, przyszłe ogniwa łańcuchów polimerowych. W drugim etapie zachodziła synteza makromolekuł, przekształcenie owych monomerów w pierwsze łańcuchy białek, kwasów nukleinowych i polisacharydów w środowisku wodnym. Trzeci i ostatni etap obejmował odpowiednią integrację tych substancji organicznych pozbawionych życia, która doprowadziła do powstania żywych komórek.

Krytyka teorii

J. Morgan pisał: „«Sprawa początków życia okazała się bardziej skomplikowana niż to sobie wyobrażaliśmy» przyznaje sam Miller, który wykłada obecnie chemię na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego”. „Najnowsze odkrycia wskazują, że życie powstało w warunkach znacznie mniej sprzyjających niż te z alembiku Millera; pierwotna atmosfera mogła nie zawierać metanu ani amoniaku, jak zakładał Miller”. „W miarę jak stary paradygmat coraz bardziej chwiał się w posadach, jego miejsce zajmowały inne teorie – budowane od nowa lub nawiązujące do tych wcześniejszych”. „Przez ostatnie dziesięć lat narosło wiele wątpliwości wokół hipotezy Urey’a i Millera dotyczącej pierwotnej atmosfery”. Jak wykazały liczne eksperymenty „podstawowymi składnikami atmosfery były dwutlenek węgla i azot, uwolnione przez wulkany. Taka atmosfera nie sprzyjała zbytnio syntezie aminokwasów i innych pierwiastków życia”.

„Powstało już wiele teorii o powstaniu życia, z każdą można by jednak dyskutować... Żadna z hipotez, co do warunków panujących we wczesnym stadium rozwoju Ziemi i jej atmosfery nie została powszechnie przyjęta”29. Problem stanowi zwłaszcza przejście z pierwszego etapu do drugiego. Dla B. Vollmerta nie jest możliwe, by DNA i białka powstały drogą przypadkowej polikondensacji. Jak twierdzi: „W eksperymentach Millera pojawiają się cząsteczki monofunkcjonalne, jak chociażby kwas mrówkowy, które niszczą łańcuchy makromolekuł. Dlatego też nawet jeśli by one powstały (co jest bardzo mało prawdopodobne), uległyby zniszczeniu. Do tego dochodzi to, że koncentracja wody w pierwotnym bulionie byłaby tak wysoka (99%), że hydroliza łańcuchów następowałaby szybciej niż ich tworzenie”. „Nie ulega wątpliwości, że początki życia to wciąż wielka tajemnica”.

Przede wszystkim przejście, w trzecim etapie, z polimerowych związków chemicznych pozbawionych życia do samoreprodukcyjnych systemów chemicznych, obecnych w żywych komórkach, wciąż stanowi wielką zagadkę. „Przeskok od aldehydów i aminokwasów powstałych na drodze niebiologicznej do najprostszej żywej komórki jest niewyobrażalny. Co innego jest zaproponować możliwe scenariusze powstania życia, a co innego wykazać, iż te scenariusze są faktycznie możliwe, a nawet prawdopodobne”. „Trudno pojąć, w jaki sposób mogło dojść do polimeryzacji w środowisku wodnym pierwszych oceanów, skoro obecność wody sprzyja bardziej depolimeryzacji niż polimeryzacji”.

„Już na wstępie musimy przyjąć – zaznacza L. Margulis – że nie wiemy, w jaki sposób powstało życie”. „Mamy zaledwie mgliste pojęcie co do kroków, jakie doprowadziły do powstania pierwszych komórek”32. J. Templado konkludował później: „Prawda jest taka, że zagadnienie powstania pierwszych żywych organizmów pozostaje dla nas wielką niewiadomą. Bardzo prosty z biologicznego punktu widzenia organizm stanowi w rzeczywistości nadzwyczaj złożony i skomplikowany twór, jeśli przyjrzeć mu się z perspektywy biochemii; doprawdy trudno pojąć, w jaki sposób się zrodził”. Cytowany już wcześniej J. Morgan stwierdza: „Rozwiązanie zagadki początków życia wydaje się bardziej odległe niż kiedykolwiek. «Najprostsza bakteria jest tak potwornie skomplikowana z chemicznego punktu widzenia, że niemal nie sposób sobie wyobrazić, jak powstała», podsumowuje Harold F. Klein”.

Laureat Nagrody Nobla z 1966 r. A. Kastler (1902-1984) twierdzi w odniesieniu do przypadku i narodzin pierwszej istoty żywej: „Szczerze mówiąc, nie wiem, jak można zrozumieć ewolucję bez odwołania się do pojęcia celowości. Moim zdaniem jest to niemożliwe... Założenie, iż to przypadek stał u podstaw życia, wydaje mi się czystym absurdem”.


Fragment książki "Kościół i nauka", wydanej przez
Wydawnictwo WAM

Książkę można kupić w księgarni Wydawnictwa: http://ksiazki.wydawnictwowam.pl/