Optrævling af livets oprindelse:Fem vigtige gennembrud fra de sidste fem år

Der er stadig så meget, vi ikke forstår om livets oprindelse på Jorden.

Definitionen af ​​liv i sig selv er en kilde til debat blandt videnskabsmænd, men de fleste forskere er enige om de grundlæggende ingredienser i en levende celle. Vand, energi og nogle få væsentlige elementer er forudsætningerne for, at celler kan opstå. De nøjagtige detaljer om, hvordan dette sker, forbliver dog et mysterium.

Nyere forskning har fokuseret på at forsøge at genskabe i laboratoriet de kemiske reaktioner, der udgør livet, som vi kender det, under forhold, der er plausible for den tidlige Jorden (omkring 4 milliarder år siden). Eksperimenter er vokset i kompleksitet takket være teknologiske fremskridt og en bedre forståelse af, hvordan de tidlige jordforhold var.

Men langt fra at bringe videnskabsmænd sammen og afgøre debatten, har stigningen i eksperimentelt arbejde ført til mange modstridende teorier. Nogle forskere mener, at liv opstod i dybhavshydrotermiske åbninger, hvor forholdene gav den nødvendige energi. Andre hævder, at varme kilder på land ville have givet en bedre ramme, fordi de er mere tilbøjelige til at indeholde organiske molekyler fra meteoritter. Det er blot to muligheder, som er ved at blive undersøgt.

Her er fem af de mest bemærkelsesværdige opdagelser i løbet af de sidste fem år.

Reaktioner i tidlige celler

Hvilken energikilde drev de kemiske reaktioner ved livets oprindelse? Dette er mysteriet, som et forskerhold i Tyskland har forsøgt at opklare. Holdet dykkede ned i gennemførligheden af ​​402 reaktioner, der vides at skabe nogle af de væsentlige komponenter i livet, såsom nukleotider (en byggesten af ​​DNA og RNA). De gjorde dette ved at bruge nogle af de mest almindelige elementer, der kunne være fundet på den tidlige Jord.

Disse reaktioner, der er til stede i moderne celler, menes også at være kernemetabolismen i LUCA, den sidste universelle fælles forfader, en enkeltcellet, bakterielignende organisme.

For hver reaktion beregnede de ændringerne i fri energi, som afgør, om en reaktion kan fortsætte uden andre eksterne energikilder. Det fascinerende er, at mange af disse reaktioner var uafhængige af ydre påvirkninger som adenosintrifosfat, en universel energikilde i levende celler.

Syntesen af ​​livets grundlæggende byggesten behøvede ikke et eksternt energiboost:den var selvbærende.

Vulkansk glas

Livet er afhængigt af molekyler til at lagre og formidle information. Forskere mener, at RNA-strenge (ribonukleinsyre) var forløbere for DNA i at opfylde denne rolle, da deres struktur er mere enkel.

Fremkomsten af ​​RNA på vores planet har længe forvirret forskere. Der er dog sket nogle fremskridt på det seneste. I 2022 genererede et team af samarbejdspartnere i USA stabile RNA-strenge i laboratoriet. De gjorde det ved at lede nukleotider gennem vulkansk glas. De tråde, de lavede, var lange nok til at gemme og overføre information.

Vulkansk glas var til stede på den tidlige Jord, takket være hyppige meteoritnedslag kombineret med en høj vulkansk aktivitet. De nukleotider, der blev brugt i undersøgelsen, menes også at have været til stede på det tidspunkt i Jordens historie. Vulkaniske bjergarter kunne have lettet de kemiske reaktioner, der samlede nukleotider til RNA-kæder.

Hydrotermiske ventilationskanaler

Kulstoffiksering er en proces, hvor CO₂ får elektroner. Det er nødvendigt at bygge de molekyler, der danner grundlaget for livet.

En elektrondonor er nødvendig for at drive denne reaktion. På den tidlige Jord, H₂ kunne have været elektrondonoren. I 2020 viste et team af samarbejdspartnere, at denne reaktion kunne opstå spontant og blive drevet af miljøforhold svarende til dybhavs alkaliske hydrotermiske udluftninger i det tidlige hav. De gjorde dette ved hjælp af mikrofluidisk teknologi, enheder, der manipulerer små mængder væsker til at udføre eksperimenter ved at simulere alkaliske ventilationsåbninger.

Denne vej minder slående om, hvordan mange moderne bakterie- og arkæceller (enkeltcellede organismer uden kerne) fungerer.

Krebs-cyklussen

I moderne celler efterfølges kulstoffiksering af en kaskade af kemiske reaktioner, der samler eller nedbryder molekyler, i indviklede metaboliske netværk, der drives af enzymer.

Men forskere diskuterer stadig, hvordan metaboliske reaktioner udspillede sig før fremkomsten og udviklingen af ​​disse enzymer. I 2019 fik et hold fra universitetet i Strasbourg i Frankrig et gennembrud. De viste, at jernholdigt jern, en type jern, der var rigeligt i den tidlige jordskorpe og hav, kunne drive ni ud af 11 trin af Krebs-cyklussen. Krebs-cyklussen er en biologisk vej til stede i mange levende celler.

Her fungerede jernholdigt jern som elektrondonor for kulstoffiksering, som drev reaktionens kaskade. Reaktionerne frembragte alle fem universelle metaboliske prækursorer – fem molekyler, der er fundamentale på tværs af forskellige metaboliske veje i alle levende organismer.

Byggesten af ​​gamle cellemembraner

At forstå dannelsen af ​​livets byggesten og deres indviklede reaktioner er et stort skridt fremad i at forstå livets opståen.

Men uanset om de udfoldede sig i varme kilder på land eller i dybhavet, ville disse reaktioner ikke være nået langt uden en cellemembran. Cellemembraner spiller en aktiv rolle i biokemien af ​​en primitiv celle og dens forbindelse med miljøet.

Moderne cellemembraner er for det meste sammensat af forbindelser kaldet fosfolipider, som indeholder et hydrofilt hoved og to hydrofobe haler. De er opbygget i dobbeltlag, hvor de hydrofile hoveder peger udad, og de hydrofobe haler peger indad.

Forskning har vist, at nogle komponenter af fosfolipider, såsom fedtsyrerne, der udgør halerne, kan selv samles i disse dobbeltlagsmembraner under en række miljøforhold. Men var disse fedtsyrer til stede på den tidlige Jord? Nyere forskning fra Newcastle University, UK giver et interessant svar. Forskere genskabte den spontane dannelse af disse molekyler ved at kombinere H₂-rige væsker, sandsynligvis til stede i gamle alkaliske hydrotermiske ventilationsåbninger, med CO₂ -rigt vand, der ligner det tidlige hav.

Dette gennembrud stemmer overens med hypotesen om, at stabile fedtsyremembraner kunne være opstået i alkaliske hydrotermiske ventilationsåbninger, der potentielt udvikler sig til levende celler. Forfatterne spekulerede i, at lignende kemiske reaktioner kunne udspille sig i de underjordiske oceaner af iskolde måner, som menes at have hydrotermiske ventilationsåbninger, der ligner dem på jorden.

Hver af disse opdagelser tilføjer en ny brik til puslespillet om livets oprindelse. Uanset hvilke der viser sig at være korrekte, fremmer kontrasterende teorier søgen efter svar.

Som Charles Darwin skrev:"Falske kendsgerninger er yderst skadelige for videnskabens fremskridt, for de varer ofte længe:men falske synspunkter, hvis de understøttes af nogle beviser, gør kun lidt skade, for alle har en gavnlig fornøjelse ved at bevise deres falskhed; og når dette er gjort, er den ene vej mod fejl lukket, og vejen til sandheden er ofte samtidig åbnet."

Leveret af The Conversation

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.