Porijeklo života

Objašnjenje onoga što je potrebno za abiogenezu (ili biopoezu)

napisao Don Batten
preveo Mladen Čirjak

Objavljeno: 26. 11. 2013 (GMT+10)
Zadnje izmjene 03. 07. 2019.

Uvod

Porijeklo života je također poznato kao abiogeneza ili, ponekad, kemijska evolucija.

Život se temelji na dugim molekulama, koje obiluju informacijama, kao što su DNK i RNK, a koje sadrže upute za izradu proteina, o kojima ovisi život. No čitanje DNK / RNK u svrhu stvaranja proteina i replikacije DNK ili RNK za stvaranje novih stanica (reprodukcija, obilježje ‘života’) ovise o velikom skupu proteina koji su kodirani na DNK / RNK. Nužno je da i DNK / RNK i proteini budu prisutni u isto vrijeme da bi život mogao započeti – ozbiljno pitanje starosti kokoši i jajeta.

Stoga je porijeklo života uznemirujući problem za one koji tvrde da je život nastao isključivo prirodnim procesima (samo fizikom i kemijom).

Neki evolucionisti tvrde da porijeklo života nije dio evolucije. Međutim, vjerojatno svaki udžbenik evolucijske biologije ima dio koji pokriva pitanje nastanka života u poglavljima o evoluciji. Kalifornijsko sveučilište, Berkeley, ima porijeklo života uključeno u njihova ‘Evolution 101’ predavanja, u dijelu pod naslovom “Od juhe do stanica - porijeklo života” (“From Soup to Cells—the Origin of Life”).¹ Visoko profilirani branitelji ‘svega vezanog uz evoluciju’, kao što su P.Z. Myers i Nick Matzke, slažu se, kao i Richard Dawkins,² da je porijeklo života dio evolucije.

Nekada dobro poznat evolucionist, G.A. Kerkut, je radio razliku između Opće teorije evolucije (General Theory of Evolution, GTE), koja je uključivala porijeklo života, i Specijalne teorije evolucije (Special Theory of Evolution, STE) koja se bavila samo diverzifikacijom života (navodna tema Darwin-ove knjige iz 1859).³

Tek su nedavno neki branitelji evolucije pokušali izdvojiti porijeklo života iz razmatranja. Vjerojatno zato što nada o pronalaženju odgovora ubrzano blijedi, budući da jedno znanstveno otkriće za drugim, sofisticiranih strojeva u najjednostavnijim živim stanicama, sve više otežava problem naturalističkog porijekla.

Dakle, što nam treba za život? Problem podrijetla života možemo razbiti u nekoliko tema u pokušaju da ne-znanstvenicima objasnimo što je uključeno (iako to još uvijek može biti teško za razumjeti).

Wikimedia commons

Što je to što moramo dobiti za stvaranje žive stanice? Živa stanica je sposobna steći sve potrebne resurse iz svoje okoline i reproducirati se sama. Prva stanica morala je biti samostalna; to jest, nije mogla ovisiti o drugim stanicama za svoj opstanak, jer druge stanice nisu postojale. Paraziti ne mogu biti model za “prvi život” er su im potrebne postojeće stanice da bi preživjeli. To također isključuje viruse i slično kao prekursore života, jer su im potrebne žive stanice koje mogu parazitirati u svrhu reprodukcije. Prioni, izobličeni proteini koji uzrokuju bolesti, nemaju nikakve veze s porijeklom života jer se mogu “replicirati” samo tako što uzrokuju da proteini proizvedeni u stanici postanu deformirani.

Prvo što je potrebno su pravi sastojci. To je poput pečenja kolača; ne možete napraviti tortu od banana ako nemate banane ili brašno.

Dobivanje pravih sastojaka

Upravo ovdje, za pristup kemijske juhe podrijetlu života, postoji veliki problem: sve komponente moraju biti prisutne na istom mjestu kako bi živa stanica mogla imati bilo kakvu mogućnost sastavljanja. Ali neophodne komponente života imaju karbonilne (>C=O) kemijske skupine koje reagiraju destruktivno s aminokiselinama i drugim amino (-NH₂) spojevima. Takve molekule koje sadrže karbonil uključuju šećere,⁴ koji također čine okosnicu DNK i RNK. Žive stanice imaju načine da ih razdvoje i zaštite, kako bi spriječile takve unakrsne reakcije, ili mogu popraviti štetu kada nastane, ali kemijska juha nema takvu mogućnost.

Stanice su nevjerojatno složeni aranžmani jednostavnijih kemijskih spojeva. Neću obraditi svaki kemijski spoj koji bi trebala prva stanica; za to bi mi trebala knjiga i više od toga. Samo ću istaknuti neke od osnovnih komponenti koje moraju biti prisutne u bilo kojem scenariju porijekla života.

a. Aminokiseline

Živi organizmi krcati su proteinima; linearnim nizovima aminokiselina. Enzimi su posebni proteini koji pomažu u kemijskim reakcijama (katalizatori). Na primjer, enzim amilaza se izlučuje u našoj slini i uzrokuje da se molekule škroba iz riže, kruha, krumpira, itd., rastave na manje molekule, koje se zatim mogu rastaviti na njihove sastavne molekule glukoze. Ne možemo apsorbirati škrob, ali smo sposobni apsorbirati glukozu i koristiti je za napajanje naših tijela.

Neke reakcije potrebne za život odvijaju se tako sporo da bez enzima one nikada ne bi proizvele dovoljno produkata da bi bile korisne, čak i da na raspolaganju imaju milijarde godina.⁵

Ostali proteini tvore mišiće, kosti, kožu, kosu i sve vrste strukturnih dijelova stanica i tijela. Ljudi mogu proizvesti više od 100.000 proteina (možda i milijune; nitko ne zna točno koliko ih ima), dok tipična bakterija može proizvesti jednu ili dvije tisuće različitih proteina.

Proteini se sastoje od 20 različitih aminokiselina (neki mikrobi imaju jednu ili dvije dodatne). Aminokiseline nisu jednostavne kemikalije i nije ih lako napraviti na pravi način bez enzima (koji su i sami sastavljeni od aminokiselina); vidi sliku 1.

Miller – Urey eksperiment iz 1953., koji gotovo svaki udžbenik biologije i dalje opisuje, uspio je napraviti neke aminokiseline bez enzima. Isti se često nudi kao objašnjenje “podrijetla života”, ali to je ili posljedica neznanja ili prevare.

Iako su nastale male količine nekih od ispravnih aminokiselina, uvjeti postavljeni u eksperimentu ne bi se mogli dogoditi na Zemlji; na primjer, kisik u “atmosferi” unutar tikvice spriječio bi da se išta formira. Nadalje, proizvedene su neke od pogrešnih vrsta aminokiselina, kao i druge kemikalije koje bi “međusobno reagirale” i spriječile da nastane bilo što korisno.

Aminokiseline potrebne za funkcionalne proteine u prirodi nikada nisu mogle nastati bilo čime nalik ovom eksperimentu.⁶ Kada je Stanley Miller ponovio eksperiment 1983. s malo realnijom mješavinom plinova, dobio je samo glicin u tragovima, najjednostavniju od potrebnih 20 aminokiselina.⁷

Porijeklo ispravne mješavine aminokiselina ostaje neriješen problem (vidi još jedan veliki problem pod ‘orijentacija’ u daljnjem tekstu).

b. Šećeri

Neki se šećeri mogu proizvesti samo kemijskim procesima bez enzima (koje proizvode samo stanice). Pretpostavlja se da su šećeri nastali reakcijom formoze (ili Butler-ovom reakcijom) iz prirodnog formaldehida u prisutnosti lužine. Međutim, isti alkalni uvjeti koji su potrebni, također uništavaju šećere kao što su riboza i glukoza, a koji su neophodni za život.

Također, alkalna okolina je nespojiva s potrebama za sintezu aminokiselina.

Reakcija formoze koja se predlaže za stvaranje šećera također zahtijeva odsutnost dušikovih spojeva, kao što su aminokiseline, jer one reagiraju s formaldehidom i šećerima kako bi proizvele ne-biološke spojeve.

Posebno problematična je riboza, šećer koji čini okosnicu RNK, te u modificiranom obliku DNK, esencijalan dio svih živih stanica. U stvarnom svijetu pri gotovo neutralnoj pH (niti kiselom ni alkalnom ambijentu) to je nestabilan šećer (ima kratak polu-život, brzo se razgrađuje). ⁸

c. Komponente DNK i RNK

Kako možemo dobiti nukleotide koji su kemijska “slova” DNK i RNK bez pomoći enzima iz žive stanice? Kemijske reakcije zahtijevaju da formaldehid (H₂C=O) reagira s vodikovim cijanidom (HC≡N). Međutim, formaldehid i cijanid (posebno) su smrtonosni otrovi. Uništili bi kritički važne proteine koji su se mogli formirati!

Citozin (slika 3), jedna od pet esencijalnih nukleotidnih baza DNK i RNA, vrlo je teško napraviti u bilo kojem realističnom scenariju koji prethodi biologiji i također je vrlo nestabilan.⁸

DNA i RNA također imaju kostur sačinjen od šećera i fosfatnih skupina. Problemi sa šećerima su opisani gore. Fosfati bi se taložili obloženi obilnim kalcijevim ionima u morskoj vodi ili bi se čvrsto držali za površinu glinenih čestica. Oba scenarija bi spriječila da fosfati sudjeluju u stvaranju DNK.

d. Lipidi

Lipidi (“masti”) neophodni su za stvaranje stanične membrane koja obuhvaća stanični sadržaj, kao i za druge funkcije stanica. Stanična membrana, sastavljena od nekoliko različitih kompleksnih lipida, bitan je dio žive stanice koja može reproducirati samu sebe.

Lipidi imaju mnogo veću gustoću energije od šećera ili aminokiselina, pa je njihovo stvaranje u bilo kojoj kemijskoj juhi problem za scenarije nastanka života (nastanak spojeva visoke energije je termodinamički znatno manje vjerojatan od nastanka spojeva manje energije).

Masne kiseline koje su primarna komponenta svih staničnih membrana je vrlo teško proizvesti, čak i uz pretpostavku odsutnosti kisika (“reducirajuća” atmosfera). Čak i da su takve molekule proizvedene, ioni kao što su magnezij i kalcij, koji su sami po sebi potrebni za život i imaju dva naboja po atomu (++, tj. dvovalentni), reagirali bi s masnim kiselinama i taložili ih, čineći ih nedostupnima.⁹ Ovaj proces također ometa sapun ( koji je u osnovi sol masnih kiselina) da bude korišten za pranje u tvrdoj vodi - ista reakcija taloženja formira ‘talog’.

Wikimedia commons/Andrei Lomize

Neki popularizatori abiogeneze vole crtati dijagrame koji pokazuju jednostavnu šuplju kuglu lipida (“vezikulu”) koja se može formirati pod određenim uvjetima u epruveti. Međutim, takva “membrana” nikada ne može dovesti do žive stanice jer stanica mora transportirati kemijske spojeve kroz staničnu membranu, u oba smjera. Takav transport u, te iz stanice zahtijeva vrlo složen kompleks proteina i lipida poznatih kao transportni kanali, koji djeluju poput elektro-mehaničkih pumpi. Oni su specifični za različite kemikalije koje moraju proći u i iz stanice (crpka koja je dizajnirana za pomicanje vode ne mora nužno biti prikladna za pumpanje ulja). Mnoge od tih pumpi koriste energetske spojeve kao što je ATP za aktivno pokretanje transporta protiv prirodnog gradijenta. Čak i kada je transport u skladu s gradijentom, od visoke koncentracije prema niskoj, još ga uvijek olakšavaju proteini transporteri.

Stanična membrana također omogućuje stanici održavanje stabilnog pH, potrebnog za aktivnost enzima, i povoljne koncentracije raznih minerala (kao što je ne previše natrija). Za to su potrebni transportni kanali (“pumpe”) koji specifično pomiču vodikove ione (protone) pod kontrolom stanice. Ove pumpe su visoko selektivne.¹⁰

Transport kroz membrane je toliko važan da “20-30% svih gena u većini genoma kodira membranske proteine”.¹¹ Najmanji poznati genom živog organizma, onaj parazita Mycoplasma genitalium, kodira 26 transportera¹² među 482 gena koji kodiraju proteine.

Čista lipidna membrana ne bi dopustila čak ni pasivno kretanje pozitivno nabijenih iona mineralnih hranjivih tvari kao što su kalcij, kalij, magnezij, željezo, mangan itd, ili negativno nabijenih iona kao što su fosfat, sulfat itd, u stanicu, a svi su oni esencijalni za život. Čista lipidna membrana odbijala bi takve nabijene ione koji se otapaju u vodi, a ne u lipidima. Zaista, jednostavna masna membrana spriječila bi kretanje i same vode (pokušajte miješati lipide poput maslinovog ulja s vodom)!

Čini se da su membranski prijenosnici neophodni za vijabilnu živu stanicu.

U dvadesetim godinama prošlog stoljeća bila je popularna ideja o tome kako je život započeo sapunastim mjehurićima (kuglicama masnoće) (Oparin-ova hipoteza koacervata), ali to je bilo prije bilo kakvog znanja o tome što život podrazumijeva u smislu sinteze DNK i proteina, ili toga što membrane moraju učiniti. Ideje su bile naivne u ekstremnom smislu, ali još uvijek se emitiraju danas u YouTube videozapisima koji pokazuju mjehuriće lipida, čak i dijeljenje, kao da je to relevantno za objašnjenje podrijetla života (vidi: Self-made cells? Of course not!) ,

e. Kiralnost

Aminokiseline, šećeri i mnoge druge biološki spojevi, koji su trodimenzionalni, obično dolaze u dva oblika koja su zrcalno simetrična; kao što su vaša desna i lijeva ruka. To se zove kiralnost (Slika 5).

Sada su živa bića temeljena na biološkim spojevima koji su čisti u smislu njihove kiralnosti (homokiral): lijeve aminokiseline i desni šećeri, na primjer. Evo problema: kemija bez enzima (poput Miller-Urey eksperimenta), kada nešto učini, proizvodi smjesu lijevih i desnih aminokiselina. Slično je i s kemijskom sintezom šećera (npr. s reakcijom formoze) ¹³

Oni koji istražuju porijeklo života su se borili s ovim problemom i predložene različita rješenja, ali problem ostaje neriješen.¹⁴ Čak i dobivanje 99% čistoće, što bi od prirode zahtijevalo neki potpuno umjetan i malo vjerojatan mehanizam, nije dovoljno. Životu su potrebne 100% čiste lijeve aminokiseline. Razlog za to je taj što se, uvrštavanjem desne aminokiseline u protein na mjesto lijeve, dobije protein koji ima drugačiji trodimenzionalni oblik. Niti malo ih se ne može tolerirati kako bi se dobilo vrstu proteina potrebnu za život.

Koji su minimalni uvjeti za život stanice?

Jednostavna stanica koja može proizvesti svoje komponente koristeći kemijske spojeve i energiju iz okoline i može se reproducirati, mora imati:

1. Staničnu membranu. Ona odvaja stanicu od okoline. Mora biti u stanju održavati drugačiju kemijsku okolinu unutar stanice u usporedbi s onom vanjskom (kao što je navedeno gore). Bez toga, životni kemijski procesi nisu mogući.
2. Način pohranjivanja informacija ili uputa koje govore stanici kako napraviti drugu stanicu i kako treba funkcionirati u svakom trenutku. Jedino poznato sredstvo za to je DNK i nijedan prijedlog da to bude nešto drugo (kao što je RNK) nije se pokazao održivim - a onda još uvijek mora postoji i način prelaska s tog drugog sustava na DNK, koja je osnova svih poznatih života.¹⁵
3. Način čitanja informacija iz (2) kako bi se napravile komponente stanice i također kontrolirala proizvedena količina i vrijeme proizvodnje. Glavne komponente su proteini, koji su nizovi (polimeri) stotina i tisuća 20 različitih aminokiselina. Jedini poznati (ili čak zamisliv) način proizvodnje staničnih proteina iz DNK specifikacija uključuje više od 100 proteina i drugih složenih ko-faktora. Uključeni su:

1. a. nano-strojevi kao što je RNK polimeraza (najmanja poznata vrsta ima ~ 4500 aminokiselina),,

2. a. giraza, koja uvija / izravnava spiralu DNK kako bi se omogućilo da se ona “pročita” (to su opet vrlo veliki proteini),

3. a. ribosomi, subcelularne “tvornice” u kojima se proizvode proteini, i

4. najmanje 20 transfer-RNK molekula; one biraju pravu aminokiselinu koja se postavlja odgovarajućim redoslijedom na DNK (sve stanice za koje znamo imaju najmanje 61 jer je većina aminokiselina specificirana s više od jednim tro-slovnim DNK kodom). Transfer-RNK imaju sofisticirane mehanizme za osiguravanje odabira potrebne aminokiseline sophisticated mechanisms for making sure the right amino acid is selected prema DNK kodu.

5. Postoje i mehanizmi koji osiguravaju da su izgrađeni proteini trodimenzionalno presavijeni na ispravan način i koji uključuju šaperon kako bi se zaštitilo proteine od pogrešnog savijanja, plus strojeve za savijanje “šaperonine” u kojima se proteini ispravno savijaju. Sve stanice imaju ovo.

Uh! A to su samo osnove.

Znatno pojednostavljena animacija sinteze proteina, koja uključuje djelovanje RNK polimeraze, ribosoma, transfer-RNK, šaperonina i šaperona. Sve žive stanice imaju ovaj sustav sinteze proteina.

4. Način zadovoljavanja biokemijskih potreba stanice iz jednostavnijih kemijskih spojeva u okolišu. To uključuje stvaranje ATP-a, univerzalne energetske valute života. Sve žive stanice danas imaju ATP sintezu, fenomenalno složen i učinkovit električni rotacijski motor za proizvodnju ATP-a (ili obrnuto za stvaranje električnih struja koje pokreću druge reakcije i kretanje unutar i izvan stanice).

5. Način kopiranja informacija i njihovo prenošenje na potomstvo (reprodukcija). Nedavna simulacija jedne stanične podjele najjednostavnije poznate bakterije (koja ima ‘samo’ 525 gena) zahtijevala je da 128 stolnih računala rade zajedno 10 sati.¹⁶

To daje neke naznake o tome što se mora dogoditi da bi prva stanica živjela.

Zanimljiv projekt započeo je prije nekoliko godina kako bi se utvrdilo što bi mogla biti minimalna stanica koja bi mogla živjeti samostalno; to jest, ne ovisi o drugom živom organizmu. Međutim, isti je imao na raspolaganju medij bogat hranjivim tvarima koji je pružao bogatstvo složenih organskih spojeva tako da stanica nije morala sintetizirati mnoge od njoj potrebnih bio-spojeva. Ovoj minimalnoj stanici je potrebno više od 400 proteinskih i RNK komponenti, ¹⁷ i naravno da to znači da njezina DNK mora obilovati specifikacijama za njihovu izradu. To jest, DNK mora imati preko 400 “gena”. Na ovo ćemo se vratiti kasnije.

Formiranje polimera (polimerizacija)

Život nije samo sastavljen od aminokiselina ili šećera, već obiluje polimerima, koji su nizovi ili lanci međusobno povezanih jednostavnih spojeva. Polisaharid je polimer šećera. Protein je polimer aminokiselina, a DNK i RNK su polimeri nukleotida. Polisaharidi su najjednostavniji, gdje su karike u lancu normalno isti šećeri, kao što je glukoza (koja čini škrob u biljkama ili glikogen u životinja). Proteini su mnogo složeniji, jer su lanci aminokiselina, gdje svaka karika u lancu može biti jedna od 20 različitih aminokiselina. Postoje četiri različite karike u DNK i RNK.

Voda je bitan sastojak živih stanica; tipične bakterije sadrže oko 75% vode. Budući da je “univerzalno otapalo”, voda je neophodan nosač za različite komponente stanica; to je ambijent u kojem se sve to događa.

Ovdje je veliki problem za scenarije nastanka života: kada se aminokiseline spajaju, na primjer, oslobađa se molekula vode. To znači da se u prisutnosti vode reakcija vodi u pogrešnom smjeru, unatrag; to jest, proteini će se raspasti, a ne graditi, osim ako se voda aktivno uklanja. Stanica to prevladava štiteći mjesto reakcije od vode (unutar ribosoma) i osiguravajući energiju za stvaranje polimera. Stoga je stvaranje proteina s više od nekoliko aminokiselina velik problem za sve scenarije nastanka života (i dodavanje više vremena ne rješava problem; polimeri se samo više raspadaju).

Formiranje polimera također zahtijeva da sastojci (monomeri) koji su spojeni zajedno budu bi-funkcionalni. To jednostavno znači da aminokiseline za proizvodnju proteina (ili šećera za izgradnju polisaharida) imaju barem dva aktivna mjesta koja će omogućiti da se druga amino kiselina (ili šećer) spoji na svaki kraj. Aminokiselina koja formira proteine imat će najmanje jednu amino skupinu (-NH₂) i jednu karboksilnu skupinu (-COOH), s amino skupinom jedne aminokiseline koja se spaja s karboksilnom skupinom druge, te tako raste lanac. Spoj sa samo jednim aktivnim mjestom (mono-funkcionalnim) prekinuo bi formiranje lanca. Problem za scenarije podrijetla života je da svaka predložena kemijska reakcija koja proizvodi neke aminokiseline proizvodi, također, i one mono-funkcionalne koje prekidaju stvaranje proteina.¹⁸

Nukleinske kiseline kao što su DNK i RNK temelje se na okosnici polimera šećera. Opet, prisutnost nekih šećera koji su mono-funkcionalni prekinuli bi njihovo formiranje, a prisutnost vode također pokreće ovu i reakciju u pogrešnom smjeru (raspad).

Nastanak života je stvar i programiranje, ne samo kemije

Navedene informacije bile bi dovoljne za eliminiranje ideje naturalističkog podrijetla života, ali nismo razmatrali najvažniji problem, a taj je porijeklo programiranja. Život se ne temelji samo na polimerima sa specifičnim rasporedom monomera; specifičnom rasporedu aminokiselina kako bi se stvorili funkcionalni proteini / enzimi i specifičnom rasporedu baza nukleinskih kiselina kako bi se stvorila funkcionalne DNK i RNK.

Kao što je astro-biolog Paul Davies, sada direktor Beyond Center for Fundamental Concepts in Science at Arizona State University, rekao:

“Da bismo objasnili kako je život započeo, moramo shvatiti kako je došlo do njegovog jedinstvenog upravljanja informacijama.

“Način na koji život upravlja informacijama uključuje logičku strukturu koja se bitno razlikuje od samo složene kemije. Stoga sama kemija neće objasniti porijeklo života, kao što niti istraživanja silicija, bakra i plastike neće objasnit kako računalo može izvršiti neki program.”¹⁹

Davies-ova jasnoća u vezi s tom stavkom ne bi trebala biti iznenađenje za njegove kolege evolucioniste, s obzirom na slične jasne javne izjave prije već više od desetljeća. Npr. “Softver žive stanice je prava tajna, a ne hardver.” I: “Kako su glupi atomi spontano napisali vlastiti softver? … Nitko ne zna …”.²⁰

Svaki pokušaj objašnjenja podrijetla života bez objašnjenja podrijetla sustava obrade informacija i informacija zabilježenih na DNK žive stanice je izbjegavanje problema. Trebamo samo razmotriti najjednostavniju moguću samostalnu stanicu da vidimo kako je izvor informacija nerješiv problem za scenarije koji se oslanjaju na fiziku i kemiju (to jest, na scenarije u kojima nije dopušten inteligentni dizajn).

Sir Karl Popper, jedan od najistaknutijih filozofa znanosti 20. stoljeća, shvatio je da,

“Ono što nastanak života i genetskog koda čini uznemirujućom zagonetkom jest ovo: genetski kod je bez bilo kakve biološke funkcije ako se ne prevede; to jest, osim ako ne dovodi do sinteze proteina čija je struktura određena kodom. Ali… mehanizam kojim stanica (barem ne-primitivna stanica, koja je jedina koju poznajemo) prevodi taj kod se sastoji od najmanje pedeset makromolekularnih komponenti koje su same kodirane u DNK [ed: sada znamo da je potrebno više od 100 makromolekularnih komponenti]. Stoga se kod ne može prevesti osim korištenjem određenih produkata njegovog prijevoda. To predstavlja zbunjujući krug; doista začaran krug, čini se, za svaki pokušaj stvaranja modela ili teorije geneze genetskog koda.

“Stoga se možda suočavamo s mogućnošću da porijeklo života (poput podrijetla fizike) postane neprobojna barijera za znanost, i rep za sve pokušaje redukcije biologije na kemiju i fiziku.”²¹

Porijeklo DNK koda

Sustav za pohranu kodiranih DNK informacija, kako ga je opisao Popper, ne može nastati iz kemije, već zahtijeva inteligentni uzrok.²² Ako mislimo na druge sustave kodiranja, kao što su Morse-ov kod ili pisani abecedni jezik, gdje su izumljeni simboli koji predstavljaju zvukove govora, takvi kodirani sustavi proizlaze samo iz inteligencije. To je proizvoljna konvencija da se “a” obično izgovara kao u riječi “mačka”; ništa o obliku slova ne pokazuje kako bi se ono trebalo izgovoriti. Isto tako, jednostavno ne postoji mogućnost objašnjavanja sustava kodiranja DNK iz zakona fizike i kemije, jer ne postoji fizički ili kemijski odnos između koda i onoga što je kodirano.

Nadalje, ako porijeklo bilo kojeg DNK koda nije dovoljno velik problem, ispostavlja se da je DNK kod, među mnogim milijunima mogućih, “na ili vrlo blizu globalnom optimumu za minimizaciju pogrešaka: najbolji od svih mogućih kodova.”²³ Ovo minimiziranje grešaka u kodu je moguće jer postoje potencijalno 64 ‘kodona’²⁴ za 20 aminokiselina, tako da gotovo sve aminokiseline imaju više od jednog kodona (nekoliko čestih aminokiselina, kao što je leucin, imaju šest).²⁵ Ti višestruki kodoni ponekad se nazivaju redundantnim, što se često smatra da znači ‘višak s obzirom na potrebu’ ili ‘suvišno’. Međutim, dodatni kodoni su optimizirani tako da najvjerojatnije jednoslovne greške (mutacije) u kodiranju imaju veću vjerojatnost da ne promijene aminokiselinu, ili barem da je promijene u kemijski sličnu (time manje ometa strukturu proizvedenog proteina).

Dodatni kodoni su također uključeni u sofisticiranu kontrolu količine sintetiziranog proteina, kroz ‘kontrolu razine prevođenja’. Ovaj kontrolni sustav djeluje u bakterijama i višim organizmima.²⁶

Ne postoji način da sustav kodiranja razvijen u uzastopnim fazama bude optimiziran. Ako je bilo koji primjenjivi sustav kodiranja nastao nevjerojatnom slučajnosti, nijedna značajna promjena u osnovnom kodu se od tada ne bi mogla dogoditi jer bi se i kod i sustav za dekodiranje (strojevi za čitanje) morali mijenjati u isto vrijeme (postoje neke vrlo male varijacije u osnovnom kodu kod nekih bakterija, na primjer, gdje jedan od tri normalna “stop”kodona kodira za dodatnu aminokiselinu normalnim 20). Dakle, optimizirani kod se ne može objasniti osim kao još jedna nevjerojatna slučajnost ‘prirode’, baš na pretpostavljenom početku života.

Ne samo sustav kodiranja, već i informacija

Ne samo da je potrebno objasniti porijeklo sustava za pohranjivanje kodiranih informacija, već je potrebno objasniti i informacije ili specifikacije za proteine, itd. pohranjene u DNK. Osvrćući se na najjednostavniju stanicu, dobivenu izbacivanjem gena iz održivog slobodnog živog mikroba kako bi vidjeli koji su “esencijalni”, ova minimalna stanica treba preko 400 proteinskih i RNK komponenti. Specifikacije za sve to moraju biti kodirane u DNK, u protivnom ih ta teoretska stanica ne može proizvesti ili se reproducirati. Trebala bi velika knjiga za ispisivanje tih informacija kodiranih u četiri “slova” DNK.

Prema analogiji Paula Daviesa, problem je sličan računalnom programu. Kako objašnjavamo postojanje programa? Prvo postoji programski jezik (Python, Fortran, C ++, Basic, Java, itd.), no tu je onda i stvarni skup uputa napisanih na tom jeziku. Problem DNK je također dvostruk; porijeklo programskog jezika i porijeklo programa.

Prijedlozi nečeg jednostavnijeg što je ‘evoluiralo’ u ovu najjednostavniju stanicu moraju pokazati put od njihovog teoretskog jednostavnijeg početka do prve žive stanice. Entuzijasti abiogeneze često se pozivaju na “milijarde godina” kao princip rješavanja problema, ali to ne osigurava nikakav mehanizam. Reakcije koje se odvijaju u pogrešnom smjeru neće se preokrenuti i krenuti u pravom smjeru dodavanjem više vremena.

Životu je također potreban sustav ispravljanja grešaka

Molekularna biologija otkrila je da su stanice fenomenalno složene i sofisticirane, čak i one najjednostavnije. Informacije, kao što je navedeno, pohranjene su u DNK. Međutim, DNK je vrlo nestabilna molekula. Jedno izvješće kaže:

Postoji opće uvjerenje da je DNK ‘čvrsta kao stijena’- izuzetno stabilna,” kaže Brandt Eichman, izvanredni profesor bioloških znanosti u Vanderbilt-u, koji je vodio projekt. “Zapravo, DNK je vrlo reaktivna. Na dobar dan, u ljudskoj stanici je oštećeno oko milijun baza u DNK.²⁷

Stoga sve stanice moraju imati sustave za ispravljanje pogrešaka koje se javljaju u strukturi DNK ili kodiranih informacija. Bez ovih sustava za ispravljanje pogrešaka, broj grešaka u DNK sekvenci se nakuplja i rezultira propadanjem stanice (“katastrofa zbog greške”). Ova osobina svih živih stanica dodaje još jedan ‘nemoguć’ scenarij života.

Sve informacije koje su se dogodile na teoretskoj molekuli DNK u primordijalnoj juhi morale bi se točno reproducirati ili bi se informacije izgubljene zbog grešaka u kopiranju i kemijskih oštećenja. Bez već funkcionalnog mehanizma za popravak, informacije bi se brzo degradirale. Međutim, upute za izgradnju tih strojeva za popravak kodirane su na samoj molekuli koju popravljaju, još jedan začaran krug za scenarije nastanka života.²⁸

Kada su znanstvenici otkrili bakterije koje žive u ekstremnim uvjetima, kao što su hidro-termalni izvori u moru, iste su proglašene “primitivnim životom”, jer su neki istraživači porijekla života predložili da je život možda počeo na takvim mjestima. Međutim, ovi “ekstremofili”, kako su ih zvali (“oni koji vole ekstreme”), imaju prilično sofisticirane sustave za ispravljanje pogrešaka svoje DNK. Na primjer, Deinococcus radiodurans je bakterija koja može izdržati ekstremne doze ionizirajućeg zračenja koje bi ubilo tebe, mene ili druge bakterije. Ona trpi oštećenje DNK kada je DNK razbijena na mnogo dijelova. Međutim, aktivirano je oko 60 gena za popravak prekida i rekonstrukciju genoma u satima nakon oštećenja.²⁹

Hidro-termalni otvori su vruća, negostoljubiva mjesta i DNK mikroba koji tamo žive stalno se oštećuje, tako da mikrobi moraju imati sofisticirane sustave za zaštitu i ispravljanje pogrešaka kako bi preživjeli. Oni nisu nimalo jednostavni i ne pružaju nikakav održivi model za objašnjenje nastanka života.³⁰

Štoviše, sve bakterije, ne samo “ekstremofili”, moraju imati sofisticirane sustave za ispravljanje pogrešaka koji uključuju mnoge gene, a kada se sustav za ispravljanje grešaka deaktivira mutacijama, bakterije postaju ne-vijabilne. To je još jedan problem za nastanak života.

Scenariji nastanka života

Je li život nastao u toplom jezercu (kako je nagađao Darwin), blizu dubokog morskog otvora, na glinenim česticama, ili nekako / negdje drugdje? Broj predloženih scenarija, bez pobjednika, sugerira da svi oni imaju velike nedostatke.

Glavni problem s toplim jezercem i idejama dubokih morskih otvora je prisutnost vode, koja sprječava mnoge potrebne reakcije; npr. za dobivanje polimera. Nadalje, toplina u dubokim morskim otvorima ubrzala bi raspad bilo koje slučajno nastale kemijske tvorbe.

Zbog tih problema s prisutnošću vode, fizikalni kemičar i istraživač porijekla života, Graham Cairns-Smith je predložio da glinene površine omogućuju neke od potrebnih reakcija.

Međutim, eksperimenti u toplim vulkanskim jezerima pokazali su da čestice gline vežu aminokiseline, DNK i fosfate, bitne komponente života, tako snažno da glina sprječava bilo kakve potrebne reakcije.³¹

Porijeklo cijele stanice, uključujući DNK, proteine i RNK potrebne za reprodukciju, nikada se neće dogoditi slučajno u kemijskoj juhi, kao što je gore pokazano. Tako su zagovornici abiogeneze pokušali zamisliti scenarije u kojima je život počeo s jednostavnijim zahtjevima, a zatim napredovao ka životu kakav poznajemo danas.

Prvo proteini?

Najveći napor je uložen u pristup “prvo proteini”, pri kojem su se navodno prvo formirale bjelančevine, a DNK sekvence potrebne za proizvodnju potrebnih proteina i RNK potrebna za stvaranje proteina iz DNK sekvenci kasnije. Međutim, osim problema dobivanja ispravnog skupa optički čistih aminokiselina i problema polimerizacije kako bi se od aminokiselina napravili proteinski lanci, malo proteina može poslužiti kao šablona za izradu kopija samih sebe.³² Također, temeljni problem jest taj što ne postoji mehanizam za stvaranje DNK sekvence za protein iz samog proteina, kao što je to istaknuo teoretičar informacija Hubert Yockey.³³

Prvo RNK?

1980-ih su otkrivene neke RNK molekule koje imaju sposobnost katalizirati neke kemijske reakcije; iste su nazvane “ribozimi” (od enzimi ribonukleinske kiseline). Ovo otkriće potaknulo je mnogo uzbuđenja pa je uloženo mnogo truda u scenarije prvo-RNK ili “RNK svijet”. Barem postoje enzimi koji mogu generirati DNK kod iz RNK koda; to jest, ako biste mogli dobiti RNK, mogli biste zamisliti scenarij za dobivanje DNK. Međutim, kompleksi enzima koji mogu napraviti DNK kopiju iz RNK sekvenci su fenomenalno složeni i sami po sebi nikada ne bi nastali prirodnim procesima. Postoje i mnogi drugi naizgled nepremostivi problemi s prvo-RNK scenarijima, od kojih je 19 popisano Cairns-Smitha.³⁴ Nadalje, RNK je mnogo manje stabilna od DNK, koja je sama po sebi vrlo nestabilna, kao što je već opisano.

Brojnost predloženih scenarija pojačava zaključak da istraživači doista imaju malo pojma o tome kako je život mogao ‘stvoriti samog sebe’. Ne postoji vijabilna hipoteza o tome kako bi život mogao započeti kao jednostavan i, korak po korak, napredovati, te postati stvarna živa stanica. Neo-darvinizam (mutacije i prirodna selekcija) često se poziva na pokušaj ‘uspona na nemoguću planinu’, ali to ne može pomoći, čak ni teoretski, sve dok ne postoji održiva samo-reproducirajuća cjelina, tzv. stanica, za koju sam ranije naveo minimalne uvjete (‘Koji su minimalni uvjeti za život stanice ?’).

Život iz svemira?

Francis Crick, su-otkrivač strukture dvostruke spirale DNK, poznati je zagovornik ‘života iz svemira’.³⁵ Predložio je da su vanzemaljci poslali život na zemlju, ideja poznata kao “usmjerena panspermija”. Drugi oblik ove ideje, jednostavno ‘panspermija’, je da je život nastao negdje drugdje u svemiru i stigao na zemlju u obliku mikroba na meteoritima ili kometima; Zemlja je na taj način “zasijana” životom. Bilo koja verzija panspermije učinkovito stavlja temu izvan dosega znanosti. Jedini element panspermije koji se može testirati je sposobnost mikroba da prežive vožnju meteoritom do Zemlju. I to je je testirano, te je ustanovljeno da mikrobi ne preživljavaju.³⁶

Mnogo poticaja za potragu za van-zemaljskom inteligencijom (SETI) i ekstra-solarnim planetima potječe od želje da se pronađu dokazi da je život mogao biti ‘tamo vani’. Ali čak ni cijeli svemir kao laboratorij ne rješava problem; život nikada ne bi nastao, kao što objašnjava sljedeći ulomak.

Wikimedia commons/Booyabazooka

Proračuni vjerojatnosti nastanka života

Bilo je mnogo pokušaja da se izračuna vjerojatnost nastanka života iz kemijskih spojeva, ali svi oni podrazumijevaju pojednostavljenje pretpostavki koje čine nastanak života čak mogućim (tj. vjerojatnost > 0).

Matematičar Sir Fred Hoyle na razne je načine izrazio ekstremnu nevjerojatnost formiranja života ili čak dobivanje jednog funkcionalnog bio-polimera kao što je protein. Hoyle je rekao: “Sada zamislite 10⁵⁰ slijepih osoba [kada bi stajale rame uz rame, više bi nego ispunile cijeli naš planetarni sustav] svaku sa Rubik-ovom kockom i pokušajte odrediti mogućnost da sve one istovremeno stignu do riješenog oblika. Tada ćete imati vjerojatnost da slučajnim miješanjem dođete do samo jednog od mnogih bio-polimera o kojima ovisi život. Ideja da ne samo bio-polimeri, nego i operativni program žive stanice mogu biti slučajno dovedeni u pra-juhi ovdje na zemlji, očito je besmislica višeg reda. Život je očito kozmički fenomen.”³⁷

Doista, možemo izračunati vjerojatnost dobivanja samo jednog malog proteina od 150 aminokiselina u dužini, uz pretpostavku da su prisutne samo ispravne aminokiseline, i uz pretpostavku da će se spojiti na pravi način (polimerizirati). Broj mogućih rasporeda 150 aminokiselina, s obzirom na 20 različitih, je (20)¹⁵⁰. Ili, vjerojatnost da će se to dogoditi s jednim pokušajem je oko 1 u 10¹⁹⁵. Da ne bi netko protestirao da svaka aminokiselina ne mora biti u točnom redoslijedu, to je samo mali protein i samo jedan od nekoliko stotina potrebnih proteina, mnogi od koji su puno veći, a također mora nastati i DNK sekvenca, ozbiljno komplicirajući problem. Doista, postoje proteini koji uopće neće funkcionirati, čak i s malom promjenom njihovog slijeda.³⁸

U to je vrijeme Hoyle tvrdio da je život, prema tome, morao doći iz svemira. Kasnije je shvatio da čak i s obzirom na svemir kao laboratorij, život nigdje ne bi nastao ne vođenim (ne-inteligentnim) procesima fizike i kemije:

“Vjerojatnost formiranja života od nežive materije je jedan naspram broja s 40.000 nula… to je dovoljno veliko da pokopa Darwina i cijelu evolucijsku teoriju. Nije bilo praiskonske juhe, ni na ovom planetu, niti na bilo kojem drugom, te ako počeci života nisu bili slučajni, oni su tada morali biti proizvod svrhovite inteligencije”.³⁹

Da li brojka 1 u 10^40.000 čini porijeklo života negdje u svemiru nemogućim bez svrsishodne inteligencije? Možemo li to reći?

Ukupan broj događaja (ili “elementarnih logičkih operacija”) koji su se mogli odigrati u svemiru od pretpostavljenog velikog praska (13,7 milijardi godina) izračunao je, istraživač sa MIT-a, Seth Lloyd, a radi se o vrijednosti ne većoj od 10¹²⁰.⁴⁰ To daje gornju vrijednost broja eksperimenata koji su teoretski mogući. Ovo ograničenje znači da se događaj s vjerojatnošću 1 u 10^40.000 nikada ne bi dogodio. Niti naš mali protein od 150 aminokiselina ne bi nastao.

Međutim, biofizičar Harold Morowitz⁴¹ došao je do mnogo manje vjerojatnosti od 1 u 10^{10.000.000.000}. To je bila šansa da minimalistička bakterija nastane iz juhe svih osnovnih građevnih blokova (npr., teoretski dobivenih zagrijavanjem mješavine živih bakterija kako bi ih se ubilo i razložilo na njihove osnovne komponente).

Kao ateist, Morowitz je tvrdio da stoga život nije rezultat slučajnosti i da se mora pretpostaviti da postoji neko svojstvo raspoložive energije koje pokreće stvaranje entiteta koji ga mogu koristiti (tzv. život). To zvuči jako slično ideji Gaie, koja svemiru pripisuje panteistička mistična svojstva.

U novije vrijeme ateistički filozof Thomas Nagel predložio je nešto slično kao odgovor na porijeklo života i uma.⁴²

Bilo što osim vjerovanja u nadnaravnog Stvoritelja, izgleda.

Različite izračunate vjerojatnosti proizlaze iz teškoća izračunavanja takvih vjerojatnosti i različitih pretpostavki koje su napravljene. Ako računamo pomoću pretpostavki koje su najpovoljnije za abiogenezu i rezultat je još uvijek smiješno nevjerojatan, onda je to po materijaliste snažniji argument od realističnijih pretpostavki koje rezultiraju još nevjerojatnijim rezultatom (jer materijalist može pokušati argumentirati protiv nekih pretpostavki s potonjim pristupom).

Međutim, svi proračuni vjerojatnosti kemijskog podrijetla života čine nerealne pretpostavke u prilog tome da se to dogodi, inače bi vjerojatnost bila nula. Na primjer, Morowitz-ova juha svih sastojaka žive stanice ne može postojati jer će kemijske komponente međusobno reagirati na načine koji će ih učiniti nedostupnima za formiranje složenih polimera žive stanice, kao što je gore objašnjeno.

Teoretičar visokog profila Hubert Yockey (UC Berkeley) shvatio je taj problem:

“Slučajno porijeklo života u praiskonskoj juhi je, s obzirom na vjerojatnost, nemoguće na isti način kao što je to slučaj sa strojem koji bi se vječno gibao. Izuzetno male vjerojatnosti izračunate u ovom poglavlju ne obeshrabruju prave vjernike … [međutim] Praktična osoba mora zaključiti da se život nije dogodio slučajno.”⁴³

Napominjemo da je Yockey u svojim izračunima velikodušno odobrio da sirovine budu dostupne u praiskonskoj juhi. Ali u prethodnom poglavlju svoje knjige, Yockey je pokazao da iskonska juha nikada ne bi mogla postojati, pa je ufanje u nju čin “vjere”. Kasnije je zaključio da je “paradigma praiskonske juhe samoobmana koja se temelji na ideologiji njezinih prvaka”.⁴⁴

Još priznanja

Napominjemo da Yockey nije jedini visoko profilirani akademik koji jasno govori o ovom pitanju:

“Svatko tko vam kaže da on ili ona zna kako je započeo život na Zemlji prije nekih 3,4 milijarde godina, je budala ili varalica. Nitko ne zna.”- Profesor Stuart Kauffman, istraživač porijekla života, Sveučilište u Calgaryu, Kanada.⁴⁵

“… moramo priznati da trenutno nema detaljnih darvinističkih prikaza evolucije bilo kojeg biokemijskog ili staničnog sustava, samo niz nadobudnih špekulacija.” (Franklin M. Harold, profesor emeritus biokemije i molekularne biologije, Colorado State University.)⁴⁶

“Danas smo u mraku po pitanju puta od ne-života do života kao što je bio i Charles Darwin napisao kad je pisao: ‘Glupost je u sadašnjem trenutku razmišljati o porijeklu života; moglo bi se jednako tako razmišljati i o porijeklu materije.’”- Paul Davies, BEYOND direktor: Centar za temeljne koncepte u znanosti pri državnom sveučilištu Arizona.⁴⁷

“Novost i složenost stanice toliko je daleko od bilo čega ne-živog u svijetu danas da nas zbunjuje kako je to postignuto.” - Kirschner, MW (profesor i voditelj odjela za biologiju sustava, Medicinski fakultet Harvard, SAD.) i Gerhart, JC (profesor na diplomskoj školi, Sveučilište u Kaliforniji, SAD) .⁴⁸

“Zaključak: Znanstveni problem podrijetla života može se okarakterizirati kao problem pronalaženja kemijskog mehanizma koji je vodio sve od početka prvog auto-katalitičkog ciklusa reprodukcije do posljednjeg zajedničkog pretka. Sve sadašnje teorije su daleko nedorasle tom zadatku. Iako još uvijek ne razumijemo ovaj mehanizam, sada imamo razumijevanje veličine problema.”⁴⁹

“Najveća praznina u evolucijskoj teoriji ostaje samo porijeklo života … jaz između takve zbirke molekula [aminokiselina i RNK], pa čak i najprimitivnijih stanica ostaje ogroman.” - Chris Wills, profesor biologije na, University of California, USA.⁵⁰

Čak je i doktrinarni materijalist Richard Dawkins priznao Ben Stein-u (dokumentarni film „Expelled“) da nitko ne zna kako je život počeo:

Richard Dawkins: “Znamo kakav se događaj morao dogoditi za nastanak života - bio je to nastanak prve samo-replicirajuće molekule.”

Ben Stein: “Kako se to dogodilo?”

Richard Dawkins: “Rekao sam vam, ne znamo.”

Ben Stein: “Dakle, nemate pojma kako je počelo?”

Richard Dawkins: “Ne, niti itko ima.”⁵¹

“Nikada nećemo znati kako se život prvi put pojavio. Međutim, proučavanje nastanka života je zrelo, dobro uspostavljeno područje znanstvenog istraživanja. Kao i u drugim područjima evolucijske biologije, odgovori na pitanja o podrijetlu i prirodi prvog oblika života mogu se smatrati samo ispitivanjima i objašnjenjima, a ne definitivnim i konačnim. ”⁵² [naglasak dodan]

Zaključak

Život nije nastao fizikom i kemijom bez inteligencije. Inteligencija potrebna za stvaranje života, čak i najjednostavnijeg života, daleko je veća od ljudske; još uvijek se tapkamo uokolo pokušavajući u potpunosti razumjeti kako funkcioniraju najjednostavniji oblici života. Još se mnogo toga može naučiti čak i od najjednostavnije bakterije. Zaista, što više spoznajemo, ‘problem’ porijekla života postaje sve teži; rješenje ne postaje bliže, ono postaje udaljenije. Ali pravi problem je ovaj: porijeklo života vrišti da postoji super-inteligentni Stvoritelj života i to jednostavno nije prihvatljivo današnjem svjetovnom umu.

Porijeklo života je maksimalno dobro u smislu znanstvenog ‘dokaza’ u prilog postojanja Boga.