At forestille sig mærkelige nye livsformer kan afsløre vores egen oprindelse

livets oprindelse, livsformer

(Billedkredit: Shutterstock)



Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort kl Samtalen. Publikationen bidrog med artiklen til WordsSideKick.com Ekspertstemmer: Op-Ed & Insights.



Siden de tidligste tider har filosoffer og videnskabsfolk forsøgt at forstå forholdet mellem levende og livløst stof. Men livets oprindelse er stadig en af ​​de store videnskabelige gåder, der skal løses.

Livets byggesten, som vi kender det, består hovedsageligt af fire grupper af kemikalier: proteiner, nukleinsyrer, lipider (fedtstoffer) og kulhydrater. Der var stor spænding over muligheden for at finde aminosyrer (ingredienserne til proteiner) på kometer eller fjerne planeter, fordi nogle forskere mener, at livet på Jorden eller i det mindste dets byggesten kan have oprindeligt kommer fra det ydre rum og blev deponeret af meteoritter.



Men der er nu omfattende eksempler på, hvordan naturlige processer på Jorden kan omdanne simple molekyler til disse byggesten. Forskere har demonstreret i laboratoriet, hvordan man laver aminosyrer , simple sukkerarter, lipider og endda nukleotider - de grundlæggende DNA -enheder - fra meget enkle kemikalier under forhold, der kunne have eksisteret på den tidlige jord. Det, der stadig undgår dem, er det punkt i processen, hvor en kemisk gryderet bliver en organisme. Hvordan blev de første livsformer levende?

Selvom der er en vis debat om definition af liv , er det generelt anerkendt, at alt liv kræver dannelse af en bæredygtig celle, og celler skal være i stand til at reproducere. I menneskelige celler gøres dette ved hjælp af tråde af det kemiske DNA. Når celler deler sig, bruger de DNA'et som en plan for, hvordan man laver de nye celler.

Men celledeling producerer ikke altid en nøjagtig kopi af DNA'et. Normalt er denne kopieringsfejl eller mutation en ulempe, og cellen kan kasseres. Men nogle gange giver mutationen en fordel eller fordel for cellen (eller organismen) i sit nuværende miljø. I dette tilfælde siger vi, at det er valgt, hvilket betyder, at det trives og formerer sig til skade for andre celler.

Det hele er i kemien



Men hvordan opstod de allerførste celler? Levende systemer er kemisk baseret og skal derfor overholde videnskabens love. Livet ser ud til at være blot en række kemiske reaktioner - og vi forstår nu, hvordan disse reaktioner fungerer på molekylært niveau. Så det burde vel fortælle os, hvordan livet opstod?

En vesikel, en cellelignende formation med en membran lavet af fedtsyrer.

En vesikel, en cellelignende formation med en membran lavet af fedtsyrer.(Billedkredit: Vesicle af shurikart/shutterstock.com)



Omdannelsen af ​​disse enkle biomolekyler til mere komplekse er blevet observeret under en række elementære forhold. For eksempel klumper fedtsyrer-en type lipid-byggesten-molekyle-naturligt sammen til membranlignende strukturer, kaldet vesikler, og endda undergår kemiske processer, der ligner celledeling og replikation. Det har også været at lave enkle replikeringssystemer under selvbærende forhold vist sig at forekomme for både simple nukleotider (fragmenter af DNA) og peptider (fragmenter af proteiner).

Oprettelse af orden

Det virkelige problem er at forstå, hvordan dette kemikaliemaskineri kom sammen for at skabe liv. Vandskellet, hvor livløs kemisk aktivitet omdannes til organiseret biologisk metabolisme, er ekstremt svært at identificere, og udløseren til dette er en vigtig ingrediens, der mangler i ursuppen.

Antagelsen om, at tidlige livsformer må have lignet det, vi ser i dag, kan forhindre os i at besvare dette spørgsmål. Det er muligt, at der var mange mislykkede forstadier, der ikke havde meget lighed med nutidens liv. Der har været spekulationer om, at primitive udgangspunkt endda kunne have været baseret på et andet element end kulstof (stoffet i hjertet af alt liv i dag). Nogle forskere antyder, at livet oprindeligt kan have udviklet sig i andre væsker end vand. Disse alternativer er fascinerende, men det er svært at finde et udgangspunkt for at undersøge dem, fordi de er så ukendte.

Ude af balance

Et centralt træk, der adskiller liv fra livløse ting, er dets afhængighed af organisationen. Molekyler skal arrangeres på en bestemt måde og replikeres efter et detaljeret mønster. Men hele universets naturlige tendens er i retning af en tilstand af ligevægt eller balance - hvor alt er spredt ud og intet er ordnet. Vedligeholdelse af en ordnet struktur betyder, at livet konstant er ude af balance, og dette kræver energi, som organismer skal udvinde fra deres omgivelser.

En måde, hvorpå organismer gør dette, er at forårsage bevægelse af molekyler eller endda subatomære partikler, der derefter kan generere energi til en celle. For eksempel får organismer, der lever i hydrotermiske ventilationsåbninger på havbunden, deres energi fra overførsel af protoner gennem cellemembranen.

Struktur af protein

Struktur af protein(Billedkredit: Iva Hafner-Bratkovič, Helena Gradi & scaron; ar, Sabina Božič og Tibor Dolez)

Levende systemer opretholder deres tilstand uden for balance ved at kombinere evnen til selvreplikation med evnen til at udvinde energi fra deres omgivelser. For at opdage livets oprindelse er vi nødt til at forstå, hvordan disse egenskaber kombineres til at danne en bæredygtig enhed.

Nogle forskere vedtager en top-down tilgang forsøger at besvare dette spørgsmål ved at fjerne bits af en levende celle for at bestemme den mindste struktur, der kræves for at opretholde liv. Andre nærmer sig det nedefra og op ved at kombinere byggestenene i en primitiv beholder for at efterligne en simpel celle.

Selvom begge fremgangsmåder kan være oplysende, undgår det præcise tidspunkt for overgangen fra kemisk til liv (og omvendt) os stadig. Men manglen på opdagelse er fascinerende i sig selv - det bekræfter, at det er svært at skabe liv og kræver forhold, der ikke længere er naturligt til stede på Jorden. Et gennembrud på dette område ville ikke kun fortælle os kravene til livet, men også omstændighederne ved dets fremkomst.

Michael Page , Professor i fysisk organisk kemi, University of Huddersfield

Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort den Samtalen . Læs original artikel . Følg alle Expert Voices -spørgsmål og debatter - og bliv en del af diskussionen - videre Facebook , Twitter og Google + . De udtrykte synspunkter er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt offentliggjort den Levende videnskab.