Pochodzenie układu samozachowawczego

Obecność w pierwotnych stadiach rozwoju Ziemi pewnych typów czą­steczek niezbędnych do życia, istniejących w formie podstawowej za­wiesiny, nie jest zatem trudna do przyjęcia. O wiele trudniejszy problem to wyjaśnienie, w jaki sposób te właśnie substancje wytworzyły spe­cyficzne olbrzymie cząsteczki, takie jak przenoszące informacje nukleotydy i białka enzymatyczne. Jeszcze trudniej jest wyobrazić sobie, jak ich działanie stało się tak dostosowane do produkcji układów samo­zachowawczych i samoodtwarzających.

Haldane (1965) zawęził problem, biorąc pod uwagę tylko to, co mogło mieć prawdopodobny związek z powstaniem najprostszego układu samo- odtwarzającego. Rozważał on cztery stadia:

1)    probiotyczną zawiesinę aminokwasów, rybozy, czterech zasad purynowych i pirymidynowych oraz źródło wysokoenergetycznego fosforanu;

2)    tworzenie nukleotydów i prawdopodobnie przede wszystkim RNA;

3)   połączenia aminokwasów z ATP;

4)    łączenie się aminokwasów w łańcuchy peptydowe.

Haldane sugerował zatem, że pierwszy organizm, zawierający tylko jeden enzym ? niespecyficzną fosfokinazę, zdolny jest do zorganizowa­nia różnych przenośników energii, które były potrzebne dla właściwej kolejności przemian materii probiotycznej zawiesiny. To jedno białko mogło być wytworzone przez jeden ?gen” RNA. Haldane stwierdził, że rybonukleaza jest najmniejszym znanym enzymem zawierającym 124 reszty aminokwasowe (rozdz. 2). Wytworzenie tego enzymu musiało wy­magać 540 bitów informacji uruchamianych kolejno (przyjmując jedna­kową podstawę częstotliwości) które z pewnością nie ukazywały się spon­tanicznie, jak w przypadku związków otrzymanych w eksperymentach Millera i innych. Dlatego też Haldane rozważał prostszy protoenzym, wy­magający, powiedzmy, 100 bitów informacji. Ale wtedy byłoby jeszcze 1,3-1030 możliwości. To znaczy, że jedna ?próbka” byłaby wykonywana co minutę w ciągu 108 lat. Mogłoby zatem powstać 1017 równoległych próbek. Ziemia nie jest po prostu dość duża, aby je wszystkie pomieścić. Przez zredukowanie liczby do 60 bitów i użycie tylko 15 aminokwasów prawdopodobieństwo dopiero wtedy może stałoby się możliwe. Ale czy wówczas taka cząsteczka byłaby ?odpowiednia”? Nie postawiliśmy jed­nakże pytania, jakby to było samoistnie kontrolowane.

W ostatniej dyskusji nad tym zagadnieniem na krótko przed swą śmiercią Haldane, jak się wydawało, nie widział możliwości rozwiązania tej kwestii. Jest to naprawdę jeden z największych problemów, który musi być zaatakowany, jeżeli nie chcemy po prostu być uśpieni dowo­dem syntezy cząsteczek umiarkowanie skomplikowanych.

Dixon i Webb (1958) w podobnej dyskusji obliczyli, że nawet gdyby Ziemia była całkowicie zbudowana z aminokwasów i one przemieniałyby się same przypadkowo dziesięć razy na sekundę, istniałaby również mała możliwość utworzenia jednej cząsteczki prostego białka insuliny.

Jest jednak bardzo prawdopodobne, że przyjmujemy pogląd raczej zbyt rygorystyczny w rozważaniu zagadnienia enzymów z punktu wi­dzenia obecnej wiedzy. Właściwości enzymu zależą głównie od właści­wości małej ich części ? centrum aktywnego (rozdz. 3). Większość czą­steczki białkowej być może nie jest związana ściśle ze sprawą właściwej syntezy enzymu. Istnieją pewne dowody wskazujące na to, że pierwotne enzymy były znacznie prostsze, gdyż nie potrzeba było bardzo wydajnie ?konkurować” w środowisku już istniejącej materii (Bernal, 1960).

Bernal wspomina o jednej z możliwości rozwiązania tego problemu. Mianowicie postuluje on, że prawdopodobieństwo występowania pewnych konfiguracji związków wzrastało w wyniku oddziaływania sieci krysta­licznej minerałów ilastych, z którymi mogły one być połączone. Jest to argument przekonujący, lecz wymaga więcej szczegółowych danych, aby prawdopodobieństwo mogło być wyliczone.

Rozszerzenie tego poglądu sugeruje, że drobiny minerałów ilastych nie były tylko miejscem, gdzie cząsteczki organiczne mogły między sobą reagować, lecz faktycznie ?pierwszymi organizmami”. Kryształy ? można powiedzieć ? zawierały informacje w ich ubytkach, szczególnie w krze­mianach w wyniku podstawienia atomów krzemu przez inne atomy, takie jak glin. Kryształy takie są bardzo trwałe i mogą zawierać informacje stanowiące wagowo połowę tego co DNA. Ponadto wzrastając odtwarzają one swoje ubytki. Można wyobrazić sobie warunki, w których pewne formy mogły być wyselekcjonowane. W szczególności mogła przeżyć ja­kaś konfiguracja, która przyczyniała się do utrzymywania cząstek iłu w środowisku iłu syntetyzującego. Sugeruje to, jak pierwsze ?nieorga­niczne” organizmy mogły dostarczać modeli dla organizmów zawierają­cych węgiel, co było drugim początkiem życia. Materia organiczna mogła spowodować wymieszanie się dwu rodzajów kryształów o różnych roz­miarach z iłami, w których prawdopodobieństwo wzrostu końcowego mo­gło się zwiększyć. Informacja zawarta w warstwach krzemianów mogła być narzucona na warstwy organiczne i w ten sposób mogły być wy­tworzone proste polimery, białka i nukleotydy. Tak wymieszane organiz­my ? można to sobie wyobrazić ? rozwijały się stopniowo do organiz­mów zawierających węgiel, które już znamy. Być może tej hipotezy nie można brać dosłownie, lecz wskazuje ona na to, jakich rozważań wy­maga wykazanie nieprawdopodobieństwa samoistnego pochodzenia życia, pomijając znane procesy naturalne, które mogą tu być decydujące.

Inna użyteczna linia rozważania tego problemu wywodzi się z możli­wości syntezy. Po długim okresie syntezy niebiologicznej dostępny był duży zapas materii organicznej. Mogły zatem z łatwością być wytwo­rzone proste układy instrukcyjno-kontrolne, co jednak wtedy prowadziło do wyczerpania prostych związków. Skoro one zniknęły, układy zawie­rające cząsteczki informacyjne stały się odpowiednie do zapoczątkowania syntezy, która była już potem kontynuowana. Wówczas genom stopniowo komplikował się. To wyjaśniałoby obecną sytuację, w której wiele genów musi współdziałać razem w celu wytworzenia enzymu. Trudno zrozumieć, jak każda od­dzielna mutacja może doprowadzić do wytworzenia pewnych wartości, chociaż końcowy produkt był dostępny od początku do końca.

Both comments and pings are currently closed.

Comments are closed.