Abiogenes

Moderna uppfattningar om abiogenes

Moderna hypoteser om abiogenes bygger till stor del på samma principer som Oparin-Haldane-teorin och Miller-Urey-experimentet. Det finns dock subtila skillnader mellan de olika modeller som har lagts fram för att förklara utvecklingen från abiogen molekyl till levande organism, och förklaringarna skiljer sig åt när det gäller huruvida komplexa organiska molekyler först blev självreproducerande enheter som saknade metaboliska funktioner eller först blev metaboliserande protokollceller som sedan utvecklade förmågan till självreproduktion.

Habitatet för abiogenesen har också debatterats. Även om vissa bevis tyder på att livet kan ha uppstått från icke-liv i hydrotermiska skorstenar på havsbotten, är det möjligt att abiogenesen inträffade någon annanstans, t.ex. djupt under jordytan, där nyuppkomna protokollceller kan ha livnärt sig på metan eller väte, eller till och med på havskusten, där proteinoider kan ha uppstått genom att aminosyror reagerat med värme och sedan kommit in i vattnet som cellliknande proteindroppar.

Vissa forskare har föreslagit att abiogenesen har inträffat mer än en gång. I ett exempel på detta hypotetiska scenario uppstod olika typer av liv, var och en med olika biokemiska arkitekturer som återspeglar arten av de abiogena material från vilka de utvecklades. I slutändan fick dock det fosfatbaserade livet (”standardliv”, med en biokemisk arkitektur som kräver fosfor) en evolutionär fördel över allt icke-fosfatbaserat liv (”icke-standardliv”) och blev därmed den mest utbredda typen av liv på jorden. Denna föreställning fick forskarna att dra slutsatsen att det finns en skuggbiosfär, ett livsuppehållande system bestående av mikroorganismer med en unik eller ovanlig biokemisk struktur som en gång kan ha funnits, eller möjligen fortfarande finns, på jorden.

Som Miller-Urey-experimentet visade, kan organiska molekyler bildas från abiogena material under de begränsningar som finns i jordens prebiotiska atmosfär. Sedan 1950-talet har forskare funnit att aminosyror spontant kan bilda peptider (små proteiner) och att viktiga mellanprodukter i syntesen av RNA-nukleotider (kvävehaltiga föreningar som är kopplade till socker- och fosfatgrupper) kan bildas från prebiotiska utgångsmaterial. Det senare beviset kan stödja RNA-världshypotesen, dvs. idén att det på den tidiga jorden fanns ett överflöd av RNA-liv som producerats genom prebiotiska kemiska reaktioner. Förutom att bära och översätta genetisk information är RNA faktiskt en katalysator, en molekyl som ökar hastigheten i en reaktion utan att själv förbrukas, vilket innebär att en enda RNA-katalysator skulle kunna ha producerat flera livsformer, vilket skulle ha varit fördelaktigt under livets uppkomst på jorden. RNA-världshypotesen är en av de ledande självreplikerande första uppfattningarna om abiogenes.

En del moderna metabolismbaserade modeller för abiogenes innehåller Oparins enzyminnehållande koakervat men föreslår en stadig utveckling från enkla organiska molekyler till koakervat, särskilt protobionts, aggregat av organiska molekyler som uppvisar vissa kännetecken för liv. Protobionts gav förmodligen sedan upphov till prokaryoter, encelliga organismer som saknar en distinkt kärna och andra organeller på grund av avsaknaden av inre membran, men som har förmåga till ämnesomsättning och självreproduktion och är mottagliga för naturligt urval. Exempel på primitiva prokaryoter som fortfarande finns på jorden i dag är arkéer, som ofta lever i extrema miljöer med förhållanden som liknar dem som kan ha funnits för miljarder år sedan, och cyanobakterier (blågrönalger), som också trivs i ogästvänliga miljöer och som är av särskilt intresse när det gäller att förstå livets uppkomst, med tanke på deras fotosyntetiska förmåga. Stromatoliter, avlagringar som bildas genom tillväxt av blågrönalger, är världens äldsta fossil och kan dateras till 3,5 miljarder år sedan.

Det finns fortfarande många obesvarade frågor om abiogenesen. Experiment har ännu inte visat den fullständiga övergången från oorganiska material till strukturer som protobionts och protoceller och, när det gäller den föreslagna RNA-världen, har man ännu inte lyckats sammanjämka viktiga skillnader i mekanismerna i syntesen av purin- och pyrimidinbaser som är nödvändiga för att bilda kompletta RNA-nukleotider. Dessutom hävdar vissa forskare att abiogenes inte var nödvändig och föreslår i stället att livet introducerades på jorden genom en kollision med ett utomjordiskt objekt som innehåller levande organismer, t.ex. en meteorit med encelliga organismer; den hypotetiska migrationen av liv till jorden kallas panspermi.

Forskningen om abiogenes har haft stor nytta av astrobiologin, det forskningsfält som ägnar sig åt sökandet efter utomjordiskt liv (liv bortom jorden) och åt att förstå de förhållanden som krävs för att liv ska kunna bildas. Astrobiologiska undersökningar av månen Titan, till exempel, som har en atmosfär utan fritt syre, har avslöjat att komplexa organiska molekyler finns där, vilket ger forskarna en glimt av bildandet av biologiska material i en prebiotisk livsmiljö som liknar den tidiga jordens.

Kara Rogers