Abiogeneesi

Nykyaikaiset käsitykset abioogeneesistä

Nykyaikaiset abioogeneesihypoteesit perustuvat pitkälti samoihin periaatteisiin kuin Oparin-Haldanen teoria ja Miller-Ureyn koe. Niiden useiden mallien välillä on kuitenkin hienoisia eroja, joita on esitetty selittämään etenemistä abiogeenisesta molekyylistä eläväksi organismiksi, ja selitykset eroavat toisistaan sen suhteen, muuttuivatko monimutkaiset orgaaniset molekyylit ensin itseään monistaviksi kokonaisuuksiksi, joilla ei ole aineenvaihdunnallisia toimintoja, vai muuttuivatko ne ensin aineenvaihduntaa harjoittaviksi protosoluiksi, jotka sen jälkeen kehittivät kyvyn itseään monistaa.

Abiogeneesin elinympäristöstä on myös käyty keskustelua. Vaikka jotkut todisteet viittaavat siihen, että elämä on saattanut syntyä muusta kuin elämästä hydrotermisissä aukkoissa merenpohjassa, on mahdollista, että abioogeneesi tapahtui muuallakin, kuten syvällä maapallon pinnan alla, jossa vastikään syntyneet protosolut saattoivat elää metaanilla tai vedyllä, tai jopa valtamerten rannoilla, jossa proteinoidit ovat saattaneet syntyä aminohappojen reaktiosta lämmön kanssa ja päätyä sen jälkeen veteen solun kaltaisina valkuaisainepisaroina.

Jotkut tiedemiehet ovat ehdottaneet abioogeneesin tapahtuneen useammin kuin kerran. Eräässä esimerkissä tästä hypoteettisesta skenaariosta syntyi erityyppistä elämää, joilla kullakin oli erilaiset biokemialliset arkkitehtuurit, jotka heijastivat niiden abiogeenisten materiaalien luonnetta, joista ne kehittyivät. Lopulta fosfaattipohjainen elämä (”vakioelämä”, jonka biokemiallinen rakenne vaatii fosforia) sai kuitenkin evolutiivisen edun kaikkeen muuhun kuin fosfaattipohjaiseen elämään (”epätyypilliseen” elämään) nähden, ja siitä tuli siten maapallon laajimmalle levinnyt elämänlaji. Tämä käsitys sai tutkijat päättelemään varjo-biosfäärin, ainutlaatuisen tai epätavallisen biokemiallisen rakenteen omaavista mikro-organismeista koostuvan elämää ylläpitävän systeemin, olemassaoloa, joka on saattanut aikoinaan olla olemassa maapallolla tai on mahdollisesti edelleen olemassa.

Kuten Miller-Ureyn koe osoitti, orgaaniset molekyylit voivat muodostua abioottisista materiaaleista maapallon prebioottisen ilmakehän asettamissa rajoituksissa. Tutkijat ovat 1950-luvulta lähtien havainneet, että aminohapot voivat spontaanisti muodostaa peptidejä (pieniä proteiineja) ja että RNA-nukleotidien (sokeri- ja fosfaattiryhmiin sidoksissa olevat typpeä sisältävät yhdisteet) synteesin keskeiset välituotteet voivat muodostua prebioottisista lähtöaineista. Jälkimmäiset todisteet voivat tukea RNA-maailmahypoteesia eli ajatusta, jonka mukaan maapallon alkuaikoina oli olemassa runsaasti RNA-elämää, joka oli tuotettu prebioottisten kemiallisten reaktioiden avulla. Sen lisäksi, että RNA kantaa ja kääntää geneettistä tietoa, se on katalysaattori eli molekyyli, joka lisää reaktion nopeutta kuluttamatta itseään, mikä tarkoittaa, että yksi ainoa RNA-katalysaattori olisi voinut tuottaa useita eläviä muotoja, mikä olisi ollut eduksi elämän syntyessä maapallolle. RNA-maailman hypoteesi on yksi johtavista itsereplikoitumiseen perustuvista käsityksistä abioogeneesistä.

Joissakin nykyaikaisissa aineenvaihduntaan perustuvissa abioogeneesin malleissa on otettu huomioon Oparinin entsyymipitoiset koacervaatit, mutta niissä ehdotetaan tasaista etenemistä yksinkertaisista orgaanisista molekyyleistä koacervaatteihin, tarkemmin sanottuna protobionteihin, jotka ovat orgaanisten molekyylien muodostamia aggregaatteja, joilla on joitain elämän piirteitä. Protobionteista syntyi oletettavasti prokaryootteja, yksisoluisia organismeja, joilla ei ole erillistä ydintä eikä muita organelleja, koska niillä ei ole sisäisiä kalvoja, mutta jotka kykenevät aineenvaihduntaan ja itsensä monistamiseen ja ovat alttiita luonnonvalinnalle. Esimerkkejä alkeellisista prokaryooteista, joita esiintyy maapallolla vielä nykyäänkin, ovat arkeat, jotka elävät usein äärimmäisissä ympäristöissä, joiden olosuhteet ovat samanlaiset kuin ne, jotka ovat saattaneet vallita miljardeja vuosia sitten, ja syanobakteerit (sinilevät), jotka kukoistavat myös epäsuotuisissa ympäristöissä ja jotka ovat erityisen kiinnostavia elämän alkuperän ymmärtämisen kannalta, koska niillä on fotosynteettisiä kykyjä. Stromatoliitit, sinilevien kasvusta syntyneet kerrostumat, ovat maailman vanhimpia fossiileja, jotka ovat peräisin 3,5 miljardin vuoden takaa.

Abiogeneesiin liittyy edelleen monia avoimia kysymyksiä. Kokeilla ei ole vielä pystytty osoittamaan epäorgaanisten materiaalien täydellistä siirtymistä protobionttien ja protosolujen kaltaisiksi rakenteiksi, ja ehdotetun RNA-maailman tapauksessa ei ole vielä sovitettu yhteen täydellisten RNA-nukleotidien muodostamiseen tarvittavien puriini- ja pyrimidiiniemästen synteesin mekanismien tärkeitä eroja. Lisäksi jotkut tutkijat väittävät, että abioogeneesi oli tarpeeton, ja ehdottavat sen sijaan, että elämä on tullut Maahan törmäämällä johonkin eläviä organismeja sisältävään maan ulkopuoliseen kappaleeseen, kuten yksisoluisia organismeja kuljettavaan meteoriittiin; hypoteettista elämän siirtymistä Maahan kutsutaan panspermiaksi.

Abiogeneesin tutkimus on hyötynyt merkittävästi astrobiologiasta, eli tieteenalasta, joka käsittelee maanulkoisen elämän (maan ulkopuolisen elämän) etsimistä ja elämän muodostumisen vaatimien olosuhteiden ymmärtämistä. Astrobiologiset tutkimukset esimerkiksi Titan-kuusta, jonka ilmakehästä puuttuu vapaata happea, ovat paljastaneet, että siellä esiintyy monimutkaisia orgaanisia molekyylejä, mikä tarjoaa tutkijoille välähdyksen biologisten materiaalien muodostumisesta esibioottisessa elinympäristössä, joka muistuttaa varhaista maapalloa.

Kara Rogers