Kan levende celler oppstå fra ikke-levende kjemikalier

Oversatt fra Julie Hannah; herfra.
I artikkel 1, "The emerging of our universe: design or chance?" -her, diskuterte jeg (J. Hannah) bevis for designet bak vårt finjusterte univers, som har overbevist noen hovedstrøms forskere om eksistensen av en transcendent Skaper. I denne artikkelen presenterer jeg nylige funn knyttet til teorien om at levende celler oppsto gjennom tilfeldige operasjoner på abiotiske (ikke-levende) kjemikalier.

I 1953 sendte forskerne Miller og Urey gnister gjennom en blanding av gasser for å produsere aminosyrer, som er byggesteinene til proteiner. Dette syntes å støtte teorien om at liv oppsto på jorden når ikke-levende kjemikalier tilfeldig ble kombinert for å danne organiske forbindelser, som deretter spontant utviklet evnen til å replikere. Imidlertid har denne prosessen med abiogenese vært vanskelig å bekrefte og modellere av følgende grunner.

Problem 1: Mange trinn forstås fortsatt ikke
Ateistbiolog Richard Dawkins innrømmer at "ingen vet hvordan det skjedde, men på en eller annen måte, uten å bryte lovene i fysikk og kjemi, oppstod et molekyl som tilfeldigvis hadde egenskapen til selvkopiering" (Climbing Mount Improbable, 259). George Whitesides, som ble tildelt Priestley-medaljen i kjemi for 2007, uttrykker også ærlig usikkerhet: "De fleste kjemikere tror, som jeg, at livet kom spontant fra blandinger av molekyler i den prebiotiske jorden. Hvordan? Jeg aner ikke" ('Revolutions in Chemistry', 15). Så sent som i 2018 publiserte geoforskerne Kitadai og Maruyama en omfattende gjennomgang av forskningsresultater innen abiogenese og ble tvunget til å konkludere med at flere trinn i prosessen, fremdeles er ubekreftede og forblir svært hypotetiske ("Origins of Building Blocks of Life: A Review," 1117 1142).

Oppgave 2: Det første selvreplikerende molekylet er fremdeles ikke identifisert
Replikering av levende celler krever tilstedeværelse av både proteiner og DNA (deoksyribonukleinsyre). Men dette utgjør et kylling-eller-egg-problem fordi DNA har den genetiske koden for å bygge proteiner, men denne informasjonen kan bare fås hvis proteiner allerede er til stede. Vitenskapsfilosof Karl Popper forklarte problemet: "Den genetiske koden er uten biologisk funksjon med mindre den er oversatt; det er med mindre det fører til syntesen av proteinene hvis struktur blir nedfelt av koden. Men . . . koden kan ikke oversettes bortsett fra ved å bruke visse produkter i oversettelsen. Dette utgjør en virkelig forbløffende sirkel (" Scientific Reduction, "270). Mikrobiologen Jack Trevors og kybernetikeren David Abel påpeker at dette DNA-proteinproblemet fortsatt ikke er løst og fortsatt er en vitenskapelig gåte ("Chance and Necessity", 734).

For å unngå dette dilemmaet prøver forskere å identifisere et molekyl som oppsto før DNA, som kunne ha utført begge roller: å gi genetisk informasjon og også fremme selvreplikasjon. Dette kan være RNA (ribonukleinsyre), men det er noen usikkerheter: "Den mest lovende kandidaten er RNA, hvis det eksisterte en mekanisme på den primitive jorden for dannelse av oligoribonukleotider, og hvis noen av disse polymerene tilfeldigvis tilegnet seg evnen til å kopier deres sekvenser "(Kitadai og Maruyama," Origins ", 1138, uthevelse lagt til). Etter Whitesides 'mening er den foreslåtte RNA-verdenen "i sin kompleksitet så langt fjernet fra fortynnede løsninger av blandinger av enkle molekyler i et varmt og redusererende hav, under et høyt CO2-trykk at jeg ikke vet hvordan jeg skal koble de to sammen" ("Revolutions in Chemistry," 15). Kitadai og Maruyama forklarer at mange problemer ikke er løst når det gjelder spontant oppstått av RNA ("Origins," 1141).

Og molekylærforskere Robertson og Joyce gir uttrykk for denne oppfatningen: "Myten om et lite RNA-molekyl som oppstår de novo og kan replikere effektivt og med høy troskap under plausible prebiotiske forhold. . . [er] urealistisk i lys av den nåværende forståelsen av prebiotisk kjemi "(" Origins of RNA World, "7). Nobelvinnende biokjemiker Christian de Duve er enig: "I motsetning til det som noen ganger antydes, er ideen om at noen få RNA-molekyler kommer sammen ved en tilfeldig kombinasjon av omstendigheter og fremover reproduseres og forsterkes ved replikering, ganske enkelt ikke holdbar" ("Beginnings of Life , "432). Forskningskjemiker Leslie Orgel kommenterer: "Det er mulig at alle disse, og mange andre vanskeligheter, en dag vil bli overvunnet, og at en overbevisende prebiotisk syntese av RNA vil bli tilgjengelig. Imidlertid tror mange forskere i feltet, inkludert meg selv, at dette er lite sannsynlig "(" Prebiotic Chemistry, "114).

Som et resultat leter nå noen forskere etter et enda enklere molekyl som gikk foran RNA. Imidlertid har denne forløperen fortsatt ikke blitt identifisert. Og uansett, som Robertson og Joyce påpeker, "vil alle argumentene angående forholdet mellom replikasjonens gjengivelse og den maksimalt tillatte genomlengden fortsatt gjelde for dette tidligere genetiske systemet" ("Origins of RNA World," 9). Professor i kjemi Robert Shapiro påpekte også at det fremdeles ikke er noen forklaring på hvordan det første selvrepliserende molekylet kunne ha blitt dannet ("Small Molecule Interactions," 106). Det kan ikke ha oppstått gjennom naturlig utvalg, fordi denne prosessen bare kan fungere på et eksisterende selvrepliserende system, noe som resulterer i et annet kylling-eller-egg-problem.

Problem 3: Laboratorieeksperimenter kan ikke replikere forholdene på tidlig jord
Når forskere syntetiserer levende molekyler i laboratoriet, bruker de kanskje prosesser som ikke kunne ha skjedd på den primitive jorden. For eksempel er det ikke kjent om ribozymer (en type RNA-molekyl) kunne ha utviklet seg fra materialer som ville ha vært rikelig på tidlig jord (se Robertson og Joyce, "Origins of RNA World," 12). Kolomiytsev og Poddubnaya når denne konklusjonen: "Ingen har hittil funnet forhold som kan føre til dannelse av ribonukleotider på den primitive jorden. . . Darwins 'varme lille dam' samt en dam fylt med selvkopierende RNA-molekyler og konsentrerte løsninger av alle de biokjemiske forløperne til RNA kunne knapt eksistere (Diffuse Organism, 69-70). Kitadai og Maruyama skriver:" Ulike steder for livets opprinnelse er blitt foreslått, inkludert forbigående smeltesoner i et frossent hav, hydrotermiske systemer i vulkaner og underjordiske litiske soner. Selv om hver setting har fordeler i noen stadier av kjemisk evolusjon, forblir også uløste problemer ("Origins", 1121, uthevelse lagt til).

Problem 4: Sannsynlighetene er lave
Den foreslåtte utviklingen av levende molekyler fra abiotiske kjemikalier er ekstremt kompleks og krever minst åtte forskjellige reaksjonsbetingelser (se Kitadai og Maruyama "Origins", 1117). Når det gjelder en hypotetisk prosess for tilfeldig oppkomst av adenin (en nukleobase av DNA), bemerker Robert Shapiro: "Selv om ingen enkelt reaksjon eller plassering i denne sekvensen bryter mulighetene til kjemi eller geologi, skaper behovet for at de skal inntreffe i en nøyaktig rekkefølge en usannsynlighet, som kan sammenlignes med den som er involvert i å generere en bestemt engelsk setning ved å trykke tilfeldig på tastaturet (" Small Molecule Interactions, "110). George Whitesides gjør derfor denne innrømmelsen om tilfeldige levende molekyler: "Kanskje det var ved den spontane fremveksten av‘ enkle’ autokatalytiske sykluser og deretter ved deres kombinasjon. På grunnlag av all den kjemien jeg kjenner, virker det for meg utrolig usannsynlig ("Revolutions in Chemistry," 15).

Nobelprisvinnende kjemiker Ilya Prigogine uttrykte en lignende oppfatning: "Sannsynligheten for at det ved vanlige temperaturer blir samlet et makroskopisk antall molekyler for å gi opphav til de høyt ordnede strukturer og de koordinerte funksjonene som kjennetegner levende organismer, er forsvinnende liten. Ideen om spontan livsopprinnelse i sin nåværende form er derfor svært usannsynlig, selv i skalaen av milliarder av år som prebiotisk evolusjon skjedde på" (Thermodynamics of Evolution, 23). Med andre ord, den populære påstanden om at tilfeldige prosesser kan konvertere kjemikalier til levende celler over tilstrekkelig tid, støttes ikke av vitenskapen.

Kort sagt, etter mer enn sytti år med sterkt finansiert internasjonal forskning på abiogenese, er det fremdeles "ikke noe sannsynlig scenario som kan forklare alle stadiene i livets opprinnelse" (Kitadai og Maruyama, "Origins," 1121), og det gjenstår et "uoverkommelig gap mellom pre-biologisk kjemi og de første levende systemene" (Kolomiytsev og Poddubnaya, "Diffuse Organism," 76). En klar rute fra prebiotiske kjemikalier til nukleotider og levende celler forblir, i Orgel's termer, 'den molekylære biologens drøm'. ("Prebiotic Chemistry," 119). Som et resultat antyder nå noen forskere at organiske molekyler må ha blitt dannet et annet sted i universet og blitt ført til jorden på meteorer for å gi det biologiske grunnlaget for livet. Dette overfører imidlertid bare problemet med livets opprinnelse til et annet sted.

Referanser:

Dawkins, Richard. Climbing Mount Improbable. Penguin: London, 1996.

---. The God Delusion. New York: Mariner, 2008.

de Duve, Christian. “The Beginnings of Life on Earth.” American Scientist 83 (1995) 428-37.

http://www2.nau.edu/~gaud/bio372/class/readings/beglifeerth.htm

Kitadai, Norio, and Shigenori Maruyama. "Origins of building blocks of life: A review." Geoscience Frontiers 9 (2018) 1117-153.

https://www.sciencedirect.com/sdfe/reader/pii/S1674987117301305/pdf

Kittel, Charles, and Herbert Kroemer. Thermal Physics. 2nd ed. San Francisco: Freeman, 1980.

Kolomiytsev, Nikolay P., and Nadezhda Ya Poddubnaya. "The Diffuse Organism as the First Biological System." Biological Theory 5 (2010) 67-78.

https://www.researchgate.net/publication/237937058_The_Diffuse_Organism_as_the_First_Biological_System

Orgel, Leslie E. “The Implausibility of Metabolic Cycles on the Prebiotic Earth.” PLOS Biology 6 (2008) 5-13.

---"Prebiotic Chemistry and the Origin of the RNA World. Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biolog" 39 (2004) 99-123.

Popper, Karl R. "Scientific Reduction and the Essential Incompleteness of All Science." In Studies in the Philosophy of Biology: Reduction and Related Problems, edited by F. J. Ayala, and T. Dobzhansky, 259-84. Berkeley: University of California Press, 1974.

Prigogine, Ilya, et al. "Thermodynamics of Evolution." Physics Today 25 (1972) 23-28.

Robertson, Michael P., and Gerald F. Joyce. “The Origins of the RNA World." Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 4.5 (2012) a003608.

https://cshperspectives.cshlp.org/content/4/5/a003608.full.pdf+html

Shapiro, Robert. "Small molecule interactions were central to the origin of life." The Quarterly Review of Biology 81 (2006) 105-26.

https://pdfs.semanticscholar.org/fd8a/8ef0c136dd80fa2365332fe409c9f0d35475.pdf?_ga=2.155355579.1445154396.1565957529-266559242.1550312466

Trevors, Jack T., and David L. Abel. "Chance and necessity do not explain the origin of life." Cell Biology International 28 (2004) 729-39.

https://www.webpages.uidaho.edu/~stevel/565/literature/Chance%20and%20necessity%20do%20not%20explain%20the%20origin%20of%20life.pdf

Whitesides, George M. "Revolutions In Chemistry: Priestley Medalist George M. Whitesides’ Address." Chemical and Engineering News 85 (2007) 12-17.

https://cen.acs.org/articles/85/i13/Revolutions-Chemistry.html

Oversettelse ved Asbjørn E. Lund