Tragom zvezda

Zemaljsko poreklo života

Pitanje porekla čoveka je neodvojivo vezano za pitanje porekla života jer je čovek evolucioni izdanak formiran tek u najnovijoj istoriji planete, pre nekih 60 do 100 hiljada godina. Imajući u vidu starost planete koja se procenjuje na 4.5 milijardi godina i starost života koja datira još od pre 4 milijarde godina to je skoro zanemarljiv period, ravan incidentu. Postojanje čoveka ne govori ništa o životu više nego postojanje bilo koje druge žive vrste na Zemlji ali govori o tome kako je evolucija slepa sila prirode i kako nema nikakvu konvergenciju kao inherentno svojstvo mada se čini upravo suprotno. Čovek je samo jedna od mogućnosti evolucije i ništa više od toga. Kada bi evolucija u svojoj srži sadržavala plan ili neko zrno konvergencije ka inteligentnoj vrsti života ona bi to nesumnjivo uradila mnogo ranije pošto je od Kembrijske eksplozije, trenutka kada se naglo pojavljuje veliki broj životinjskih vrsta do danas proteklo oko 500 miliona godina. Ova činjenica navodi na ideju kako životu nije neophodno da ima na raspolaganju 4 milijarde godina za razvoj životinjskih vrsta već pre svega slučaj i prirodni uslovi koji pogoduju bujanju i raznovrsnosti života. Procene o broju različitih vrsta životnih formi se kreću od 2 miliona do 100 miliona, a procena o prirodnoj stopi izumiranja se kreće na nivou između 0.001% i 0,000001% vrsta koje godišnje izumru. Iz ovih podataka nije teško zaključiti  da je kroz istoriju života prodefilovalo neshvatljivo mnogo njegovih pojavnih oblika koji su najčešće izumirali oslobađajući mesto novim i drugačijim vrstama. S druge strane jasno je da u predkambrijskom periodu takav diverzitet ne postoji što verovatno ukazuje na odsustvo uslova koje pogoduju bržoj spacijaciji vrsta i razvoju inteligencije. Da se nikada nisu pojavili uslovi za razvoj složenijih formi života evolucija ne bi patila, radila bi isto kao i da postoje, dakle u okvirima datih uslova. Taj zaključak jasno vodi do zaključka da je evolucija slepa sila prirode i da nema nikakav  unapred definisan cilj niti inherentno svojstvo. Poseduje samo mogućnosti koje mogu ili čak i ne moraju doći do izražaja, čak i kada postoje uslovi.

Protoplanetarni disk

Nema nikakve garancije da bi i da se pojavio inteligentan život u vreme dinosaurusa imao mogućnost opstanka. A opstanak je ona suštinska poluga kojom evolucija deluje. Autsajderi nemaju šanse o čemu svedoče mnogobrojna izumiranja vrsta. Ne može se govoriti o autsajderima kao nekoj neophodnoj karici u evolutivnom razvoju ka inteligenciji pošto je sasvim jasno da sve grane života sem jedne nisu vodile ka inteligenciji. Autsajderi su jednako kao i oni koji su opstali proizvod evolucije koja će stvoriti sve što može stvoriti bez ikakvih garancija opstanka ili definitivnosti. Evolucija deluje na principu sačmarice, ispali sve što može i rasprši ga pa ko preživi ili bolje rečeno ko pogodi u metu opstanka. Ako vrsta ne dođe na Zemlju u pravo vreme ili ako se uslovi promene ona nestaje bilo da se radi o bakteriji ili čoveku. Globalno zagrevanje, kosmičke katastrofe i slične pojave koje mogu pokrenuti izumiranje globalnih razmera mogu zbrisati ljudsku vrstu sa lica Zemlje i možda se više nikada ne bi desilo da se pojavi neka nova vrsta sličnih osobina, posebno  kada govorimo o inteligenciji. Svrhovitost može biti ideal inteligencije ali sile prirode nemaju te preferencije niti joj pridaju značaj. Gravitaciji je sasvim svejedno da li će za Zemlju držati prikovane ljude ili kamenje.

Izbacili smo čoveka odavno, iz centra univerzuma, još sa kopernikanskom revolucijom koja je Zemlju iselila iz centra kosmosa. Danas je jasno da čovek nije ni cilj evolucije već njen uzgredni proizvod, mada mu se nikako ne može odreći posebnost . Međutim, posebnost u smislu srećnog ishoda evolucije i posebnost u smislu evolucionog plana nije ista stvar i to ne bi trebalo nikada zaboraviti. Kada se govori o ishodu takođe ne treba smetnuti s uma da je ishod samo trenutno stanje stvari što bi svakako trebalo da nas navodi na veću poniznost i poštovanje prirode koje smo deo. Ophođenje prema prirodi koje izvire iz ideje o posebnosti nema ozbiljne evolucione izglede i slično religijskim uverenjima o posebnosti čoveka mogu navesti i zavesti umove ljudi na potpuno pogrešan kolosek koji vodi ka autsajderskim sudbinama. Ako očekujemo da će neka sila bilo prirodna ili natprirodna da reši probleme u koje dospemo svojim nemarom onda i nismo baš toliko inteligentni koliko mislimo da jesmo.

Ali da se vratimo na početak, u jedan trenutak potpune misterije u kome se na neki sasvim određen način iz nežive materije pojavljuje nešto što u svom zametku nosi odlike koje mu omogućavaju da se širi. Niko ne zna kako se to tačno odigralo niti postoji ikakva mogućnost da ćemo to ikada saznati, pre svega zato što ne znamo da li postoji jedan ili milion načina za paljenje iskre života. Čak i da uspemo da u laboratorijama proizvedemo život iz neživota nikada nećemo znati da je baš na taj način život započeo. Znaćemo samo da je moguće da se pređe taj veliki jaz između neživog i živog. Mada, ako izbacimo mogućnost inteligentnog stvaranja ili manje inteligentne magije zar iko sumnja da taj put ne postoji?

U načelu sve teorije o poreklu života se mogu podeliti na dve kategorije, prva je kategorija zemaljskog porekla a druga vanzemaljskog. U prvu kategoriju spadaju teorije koje postuliraju tezu da je život nastao na Zemlji u okolnostima koji su znatno drugačiji od današnjih, u vremenima kada su uslovi na Zemlji bili poprilično ekstremni, dok u drugu kategoriju spadaju teorije o životu koji su na Zemlju doneli meteoriti ili komete kao i teorije o namernoj panspermiji koju su inicirale mnogo naprednije civilizacije iz kosmosa.

Zemlja kao planeta se formirala pre 4.5 milijardi godina. Sudari manjih tela koja su se nalazila u disku oko novostvorene zvezde postepeno su formirala planetezimale, objekte veličine od 100 metara do jednog kilometra u prečniku. Ti novostvoreni objekti su svojim malim ali postojanim gravitacionim uticajem privlačili i zarobljavali okolni materijal koji je omogućavao njihovo narastanje. Česti međusobni sudari su dovodili do formiranja još većih objekata a to sudaranje se nastavilo dok se nije formirala planeta koja je uspela da raščisti sav okolni materijal na svojoj putanji oko Sunca. U tom ranom stadijumu, usled silnih sudara, planeta je bila u skoro tečnom stanju, sa tečnom lavom koja je tekla na sve strane. Sasvim je izvesno da u takvim okolnostima na planeti nije mogla postojati voda a nju će sa postepenim hlađenjem planete na Zemlju doneti komete. Posetepenim hlađenjem teški elementi poput gvožđa i nikla tonuli su ka središtu planete dok su na površini ostajali lakši silikatni materijali koji su formirali zemljinu koru. Formiranjem zemljine kore stvorili su se uslovi da voda koju su ledene komete donosile sa sobom ne ispari s površine već se na njoj postepeno formirao okean. Prema najnovijim procenama, atmosfera na Zemlji u ovo geološko doba, koje se sasvim prikladno naziva hadsko doba se sastojala pretežno od azota i ugljen-dioksida i od dosta manjih količina ugljen-monoksida, vodonika i nešto spojeva sumpora.

Okeani su se verovatno formirali u toku prvih 200 miliona godina hadskog perioda a skoro je izvesno su bili izuzetno topli sa temperaturama bliskim tački ključanja i pH vrednošću od 5.8. Datiranje 4.404 milijardi godina starih kristala cirkona iz planine Narier u Zapadnoj Australiji govori da su okeani i kontinentalna kora postojali u prvih 150 miliona godina nakon Zemljinog formiranja. Uprkos skoro izvesnoj povećanoj vulkanskoj aktivnosti i postojanju brojnih manjih tektonskih ploča, sve su prilike da je između 4.4 i 4.3 milijardi godina Zemlja bila vodeni svet sa vrlo malo ili nimalo kontinentalne kore i sa ekstremno turbulentnom atmosferom i hidrosferom izloženom visokom nivou UV i kosmičkog zračenja sa stalnim udarima meteora. Sasvim je izvesno da u ovom periodu nema govora o postojanju života na Zemlji. Uslovi su bili previše haotični i nestabilni što bi čak i da je došlo do pojave prvih životnih formi rezultovalo njihovim istrebljenjem. Nije nemoguće da se život pojavljivao više puta na Zemlji u ranom periodu njenog postojanja ali da nije uspeo opstajati.

Sadašnji dokazi govore o postojanju života u eri arhaika, pre najmanje 3.5 milijardi godina. Najstariji dokazi o prisustvu života sežu u period od 3.95 milijardi godina. Naime u Labradoru u Kanadi, u sedimentnim stenama su pronađeni ostaci grafita. Drugi dokaz potiče sa Grenlanda a tiče se takođe grafita i datira se na 3.8 milijardi godina. Na obe ove lokacije, u stenama, je ustanovljen neuobičajeno nizak nivo ugljenika-14. Pretpostavke su da je ovaj disbalans znak delovanja mikroorganizama imajući u vidu da drugi izotop, ugljenik-13, lakše prolazi kroz ćelijske opne i skuplja se tamo gde su bili ili i sada jesu mikroorganizmi. Ove stene potiču iz perioda kada se Zemlja oporavljala od stravičnog sudara s objektom veličine Marsa koji je između ostalog rezultovao i formiranjem Meseca. Drugi dokaz su fosili mikroorganizama pronađeni u 3.48 milijardi godina starom peščaru u Zapadnoj Australiji. Okeanograf Gustav O. Arhenius pronašao je dokaz ranog života u 3.7 milijardi godina starim stenama ostrva Akilia blizu jugozapadnog Grenlanda. Koristeći spektrometar identifikovao je izotope ugljenika biološkog porekla. U regionu Pilbara u Zapadnoj Australiji pronađeni su fosilni dokazi života koji upućuju na tubularne ćelije koje su fotosintezom oksidirale sumpor u nedostatku kiseonika. Nedavno su geohemičari sa Univerziteta Kalifornija, Los Angeles (UCLA) pronašli dokaze da je život verovatno postojao na Zemlji pre najmanje 4.1 milijardi godina – 300 miliona godina pre nego što su upućivala prethodna istraživanja. Istraživanje Kevina A. Mahera i Davida J. Stevensona pokazalo je da duboko hidrotermalno okruženje pruža povoljne uslove za nastanak života što govori da se abiogeneza mogla desiti vrlo rano u razdoblju od 4.0 do 4.2 milijardi godina. S druge strane, ukoliko se desila na površini Zemlje, najranije se mogla desiti u razdoblju od 3.7 do 4 milijardi godina pre današnjih dana.

Miler-Urijev eksperiment

Ne postoji neki standardni model nastanka života prema kome se upravljaju naučnici i filozofi, što je verovatno i potpuno normalno pošto nisu razrešene polazne pretpostavke o mogućim načinima njegovog nastajanja. Međutim, svi predloženi modeli u osnovi kreću od teza Aleksandra Oparina, Holdejna i Bernala i njihovog modela praiskonske supe. Još 1924. godine Oparin došao do zaključka da kiseonik sprečava sintezu određenih organskih spojeva. U svojoj knjizi Poreklo života je predložio da se “spontana generacija života”, koju je kao hipotezu napadao Luj Paster, jednom stvarno i desila, ali je nemoguća u današnjim vremenima jer su se uslovi na Zemlji promenili a čak i ako bi došlo pod današnjim uslovima do spontanog formiranja života on ne bi imao šanse da preživi pošto danas postoje grabljivice koje bi ga odmah uništile. Oparin je tvrdio da pod uticajem električnih pražnjenja i ultraljubičastog zračenja, gasovi iz atmosfere u interakciji sa toplom vodom su stvorili organske molekule koje su se postupno koncentrisali u manjim vodenim površinama, u barama blizu mora. Oparin je dokazao da je s povećanjem složenosti organskih molekula, dolazilo do organizacije u strukture zvane koacervati, kuglaste hidrofobne agregate koji su sadržavali koloidni rastvor organskih molekula. Uronjeni u vodeni rastvor koacervati su mogli formirati još složenije strukture s dvostrukom lipidnom membranom sličnom onoj ćelijskoj a podržavale su i procese osmoze. Oparin ih je nazvao protobiontima, strukturama koje su mogle rasti, deliti se i imati prve oblike metabolizma i smatrao ih je prvim pravim prethodnicima živih ćelija.

U to vreme je i britansko-indijski naučnik J.B.S. Holdejn predstavio svoju teoriju praiskonske supe po kojoj se ona formirala u prebiotičkim okeanima, znatno drugačijim nego njihove moderne verzije. Džon Dezmond Bernal je ovu ideju nazvao biopoesis – proces kojim živa materija evoluira iz neživih molekula putem samoreplikacije, uz dodatak da je to fazni prelaz sa nekoliko međufaza.

Osnovna teza abiogeneze je da postoji jedan ili više puteva koji vodi od nežive ka živoj materiji. Mada često osporavan antropski princip može da pomogne u razumevanju nužnosti postojanja tih puteva. Činjenica da postoji život garantuje postojanje puteva, pa makar i privremenih, koji se jednom otvore da bi se kasnije zauvek zatvorili. Potrebno je naglasiti da ovde nikako ne razmatramo mogućnost kreacije jer ta (ne)mogućnost ni na koji način ne može pomoći u rasvetljavanju onoga što istražujemo. Čak i da postoji mogućnost kreacije ta okolnost ne govori ništa o tome da li je to jedini mogući put ili samo jedan od mnogih puteva. Čak i da se kreacija odigrala ipak smo svedoci činjenice da je živi svet sazdan od elemenata ih periodnog sistema koji se mogu naći svuda oko nas. Ne postoje nikakav periodni sistem životnih elementa koji se nalaze samo u živim bićima i nigde drugo. Dakle, život, šta god podrazumevali pod njim, je moguć samo uz pomoć onoga što nalazimo i u onome što zovemo neživim. Stoga nam i ne preostaje ništa drugo ako želimo da utvrdimo prirodu života sem da potražimo puteve koji materija mora preći da bi bila reklasifikovana. Pasterova teza da „živo nastaje iz živog“, u to ne možemo da sumnjamo, je realnost kojoj svedočimo. Međutim ta teza je nepotpuna dok se ne doda da živo može nastati od živog samo pod odgovarajućim okolnostima, nikako pod svim okolnostima. Dakle, u prirodi ima mnogo više okolnosti nego što je to uzak opseg onih koji odgovaraju stvaranju živog iz živog. Logično je otuda očekivati da će postojati još neki skup okolnosti koji dozvoljavaju stvaranje neživog iz neživog na primer. Možda nismo svedoci toga iako bi se i na Zemlji mogli naći primeri ali činjenica da zvezde kroz nuklearnu fuziju od jednostavnijih atoma generišu kompleksnije govori da takvi uslovi definitivno postoje. Pod odgovarajućim okolnostima, a to svako zna, živo prelazi u neživo. Smrt. Na kraju ostaje ono što je predmet abiogeneze, dakle stvaranje živog iz neživog.

Oparin-Holdejnove teze predstavljaju pokušaj da se uslovi pod kojima bi mogao nastati život uokvire uslovima koji su vladali na mladoj Zemlji. Jedan od problema eksperimentalne provere teorija abiogeneze je znanje o tome za čim se traga. Koji eksperimentalni rezultati se mogu smatrati dovoljno dobrim tragom? U tom smislu eksperiment koji su izveli 1952. godine Stenli Miler i Herold Uri sadrži i ohrabrujuće ali isto tako i ograničavajuće komponente. Naime, ova dvojica naučnika su u svom eksperimentu koji je oponašao Oparin-Holdejnove uslove mlade Zemlje uspeli da pokažu da se organski molekuli mogu spontano formirati iz anorganskih prekursora, ali je eksperiment i dao neke neželjene posledice koje govore o ograničenjima da se tako dobijeni organski molekuli dalje razvijaju i povezuju u složenije strukture. Aminokiseline dobijene eksperimentom teško da bi uspele da se vežu u peptidne lance upravo zbog nusproizvoda koji su takođe proizišli iz eksperimenta. U svom su eksperimentu Miller i Urey koristili vodu (H2O), metan (CH4), amonijak (NH3) i vodonik (H2) u zatvorenoj i sterilizovanoj aparaturi, koji se sastojao od dve zatvorene staklene posude povezane sistemom staklenih cevi. U prvoj se posudi nalazila tekuća voda koja je zagrevanjem služila kao izvor vodene pare, dok se u drugoj nalazila smesa gasova i dve elektrode. Električni luk stvoren od elektroda je simulirao munje u prvobitnoj atmosferi. Smesa se potom hladila i voda se ponovo kondezovala u posudi kako bi ponovo započela ciklus.

Nakon nedelju dana neprekidnog protoka vodene pare i gasova u nepromenjivim uslovima, Miler i Uri su utvrdili da je 15%-20% ugljenika iz metana formiralo organske spojeve, čak i pojedine aminokiseline, sastavne delove belančevina.

Bitno je naglasiti da su stvorene aminokiseline bile L (“levi”) i D (“desni”) optički izomeri u jednakim količinama. Takva distribucija nije karakteristična za makromolekule u živim bićima kakve danas poznajemo. Belančevine su u svim živim bićima danas sastavljene samo od L-aminokiselina. Sama proizvodnja oba optička izomera uverila je naučnike da su spojevi posledica same hemijske reakcije, a ne proizvod kontaminacije živim organizmima iz laboratorije.

Miler je svoj eksperiment ponovio 1958. godine, prihvativši ideju drugih istraživača da postoje naznake da u ranoj zemljinoj atmosferi se mogao pojaviti i sumpor-vodonik, gas koji se oslobađa u vulkanskim aktivnostima. Tek posle Milerove smrti 2007. godine, Džefri Bada i njegovi saradnici koji su pronašli i ispitali konzervirane uzorke eksperimenta iz 1958. godine uspeli su dokazati da su nastale 23 različite aminokiseline u odnosu na Millerov inicijalni eksperiment. Ovo je značajno više nego što je Miller objavio a posebno je značajno to što ih je bilo više od 20, koliko ih se pojavljuje u živim organizmima. U ponovljenom eksperimentu je dokazana i sinteza 7 organskih spojeva koji sadrže sumpor (S), među kojima je i metionin, koji ulazi u sastav belančevina.

Bernal je 1949. osmislio termin biopoiesis za nastanak života a 1967. godine je predložio 3 fazna prelaza: 1) nastanak bioloških monomera; 2) nastanak bioloških polimera; i 3) evolucija od molekula do ćelije. Sugerisao je da je evolucija počela negdje između 1. i 2. faze. Razumevanje prve faze danas je na visokom nivou, a otkriće alkalnih hidrotermalnih izvora i njihova sličnost s protonskom pumpom koja je jedan od temelja bioloških života pružaju dokaze za drugu fazu. Bernal je smatrao treću fazu – pronalaženje metode proučavanja kako su se biološke reakcije integisale iza ćelijskih membrana – najtežom za shvatiti. Moderna istraživanja mogućnosti samoorganizovanja kojim bi nastala ćelijska membrana i rad na mikroporama u različitim supstratima predstavljaju aktualan eksperimentalan rad s ciljem rešavanja problema razumevanja treće faze.

Hidrotermalni izvor na dnu okeana

Druga važna teza o mestu nastanka života se odnosi na geotermalne izvore na dnu okeana. Ovi izvori nastaju kao posledica pomeranja zemljinih tektonskih ploča što omogućava snabdevanje dubokih voda okeana toplotom koja potiče iz rastopljene lave spoljašnjeg zemljinog omotača. Do ove teze je nužno moralo doći nakon otkrića prvog takvog podvodnog dimnjaka, 1979. godine i bujnog života koji se razvio u njegovoj okolini. Imajući u vidu da u dubokim vodama okeana, na njegovom dnu nema dopiranja sunčeve svetlosti po prvi put se javila ideja da za život ona nije nužna, a mesta poput tih su možda najsličnija tipičnom mestu u okeanima na ranoj Zemlji. Pretpostavlja se da je mlada Zemlja imala mnogo manjih tektonskih ploča koje su lakše propuštale toplotu između svojih spojeva.

Hidrotermalne tečnosti su bogate rastvorenim gasovima (vodoniksulfid, metan, ugljen-monoksid, ugljen-dioksid i vodonik) i metalima (silicijum, mangan, gvožđe, cink). Sastav i fizičko-hemijske karakteristike hidrotermalnih tečnosti su posledica temperature i vrste stena kroz koje je tečnost prošla. Ono što je problematično kod ovih hidrotermalnih izvorišta je to što ne traju dugo, tipično od 10 do 100 godina nakon čega se gase. Da li bi bilo kakva forma koja podseća na život mogla da se dovoljno brzo adaptira i da napusti svoje mesto rođenja za tako kratko vreme? Verovatno da ne bi ali ako je okeansko dno, što je verovatno, bilo mnogo porznije nego danas onda su ovi dimnjaci bili mnogo gušće raspoređeni po njegovom dnu što bi praživotu davalo kakve takve šanse da opstane i nakon gašenja dimnjaka. A moguća je i opcija da do gašenja nije dolazilo u intervalima koji su uobičajeni za današnje doba.

Eksperimenti koji bi podupirali abiogenezu svakako nam ne mogu dati odgovor na pitanje o načinu nastanka praživota jer nikako ne mogu da daju odgovor na pitanje da li bi eventualni uspeh bio garancija jedinstvenosti. Niko ne bi mogao garantovati da je baš na taj način život započeo svoju avanturu na Zemlji, ali bi eventualni uspeh značio da postoji najmanje jedan put pa bi se rasprave na tu temu polako ugasile. Drugi problem s eksperimentima je taj što postoje preterana očekivanja javnosti od onoga što može biti njihov rezultat jer mnogi očekuju da će od smeše hemijskih elemenata i vode ili još koječega iskočiti živ organizam što svakako nije opcija, to bi bila magija a ona je rezervisana za starozavetnog boga. Dokazi u načelu moraju pratiti Bernalove fazne prelaze ili neke druge prelaze i to je najviše što možemo očekivati. Priroda uvek čini samo ono što je moguće i ima jednu ogromnu prednost u odnosu na smrću opterećene ljudske mozgove – vreme za nju ne tredstavlja značajan parametar. Može da „pokušava“ milionima godina, i da svo to vreme ti pokušaji završe „neuspehom“, priroda se ni jednog momenta neće „uzrujati“. A onda jednom sasvim slučajno uz neku nepredviđenu okolnost desi se mali pomak i praevolucija počinje da deluje. Ostalo je rutina.

RSS
Follow by Email
Facebook
Twitter