Problemet med at forstå livets oprindelse er stort, men måske ikke uløseligt - et tilbageblik over de eksisterende teorier fortæller hvorfor
BEGYNDELSEN
I begyndelsen var ordet... nej, i begyndelsen var jordkloden i oprør; ildsøjler af svovl svarede hvæsende på de tusinder af daglige meteornedslag, som med apokalyptiske brag kunne tilintetgøre hele kontinenter. Vandet hang i form af damp hen over dette ragnarok af et glødende helvede, hvor svovlstinkende floder af metallisk magma rasede ned fra vulkanerne, der kappedes om at opsluge hinanden.
Efterhånden kølede kloden af. Men noget var sket: På et tidspunkt, da Jorden var cirka 700 millioner år gammel, dukkede der nogle blå-grønne alger op i oceanerne. Livet og evolutionen var begyndt.
Men hvor kom det fra? Var det opstået helt af sig selv? Hvordan kunne noget så umådelig kompliceret, så raffineret og veltilpasset som liv opstå af sig selv? Hvordan kunne døde atomer og livløse molekyler danne et så velspundet net af afhængigheder, så de kan forme en skabning, som vi kalder en levende organisme?
Det er et spørgsmål af de helt store, og ingen kender svaret.
Mangfoldige arter
I løbet af de sidste mange hundrede år har ikke kun videnskabsmænd forsøgt at spore sig tilbage til dette tidlige tidspunkt, som vi i dag ved var for cirka 3,8 milliarder år siden.
Vi ved meget lidt om dengang. Fossile rester viser, at livet, jo længere vi går tilbage i historien, bliver mere ens, men også meget mere enkelt. Derfor må den naturlige udvælgelse, dengang vor alles fælles forfader (eller for-skabning) blev født, langsomt, men sikkert have øget mangfoldigheden af liv på jorden, ligesom den har øget graden af organismernes kompleksitet.
Det er f.eks. kun cirka 600 millioner år siden, at de første flerecellede organismer formodes at have opstået. Inden da var den altdominerende livsform bakterielle mikroorganismer.
Ursuppen
Den første store naturvidenskabelige teori om livets oprindelse blev formuleret i midten af vort århundrede. Det var et tidspunkt, hvor de kemiske og biokemiske videnskaber gik fra den ene triumf til den anden, og det syntes derfor naturligt også at række ud efter svaret på det mest ultimative spørgsmål: Hvordan startede det hele? Hvad definerer liv og under hvilke omstændigheder kan det opstå?
Som enhver sand kemiker ville gøre, ledte man efter svarene ud fra den viden og de metoder, en kemiker har og bruger: Store kolber blev fyldt med forskellige kemikalier og gasser, som man troede var til stede på jorden og i atmosfæren for fire milliarder år siden. Kemikalieblandingen, som blandt andet bestod af metan, ammoniak, vand og kuldioxid, blev udsat for voldsomme påvirkninger: hurtige temperaturændringer, rysten og lyn og torden.
Da den efterfølgende analyse af stofferne i kolben viste spor af organisk materiale, følte man, at man havde fundet svaret: Ursuppeteorien var født.
Selvfølgelig var der en masse løse ender, men man anså dem for sekundære problemer, som nok skulle blive løst med tiden.
Men tiden har vist, at disse løse ender ved ursuppeteorien var så løse, at de i stedet er blevet brugt til at finde helt andre teorier om livets oprindelse. Blandt problemerne ved ursuppeteorien var, at mange 'livsvigtige' molekyler, såsom sukker, bestemte nukleotider (DNA's byggesten) og lipider (fedtstoffer, nødvendige for bl.a. cellemembraner) benægtede ethvert kendskab til den lunkne grød.
Et andet problem var, at godt nok dannedes mange organiske molekyler ved hjælp af de elektriske lynnedslag i kolben, men ville man udsætte suppen for et længerevarende ophold i solen, ville det ultraviolette lys meget hurtigt nedbryde de organiske stoffer igen. Det vil sige, at de organiske molekyler ville forsvinde næsten lige så hurtigt, som de var opstået.
Præbiotisk pizza
Som et alternativ til ursuppeteorien fandt kemikeren Günther Wächtershäuser på at placere åstedet for livets oprindelse i vandet og på overfladen af nogle svovlkis-krystaller.
Han forestillede sig, at en kombination af jern, kuldioxid og svovlbrinte, bundet til overfladen af nogle krystaller af et bestemt jernsulfid (pyrit også kaldet svovlkis, FeS2) dybt nede i havet, i tidens løb kunne udvikle nye organiske molekyler såsom sukker. På overfladen af denne præbiotiske pizza, hvor dannelsen af svovlkis kunne frigøre nyttig energi, ville der muligvis kunne opstå nogle selvstændige 'semi-cellulære' organismer, som på grund af en rig tilstrømning af mineraler og stoffer kunne udvikle et eget stofskifte og egne enzymer.
Først langt senere, når processernes sofistikerede mekanik blev mere og mere udbygget - med en primitiv citronsyrecyklus, en beskyttende men selektiv lipidmembran og muligvis også en form for fotosyntese - ville organismen langsomt kunne frigøre sig fra svovlkisen og bevæge ud i sit nyerhvervede frie liv.
Varme kilder
Undersøgelser antyder, at i hvert fald enkelte af disse komplekse kemiske processer kan forekomme tæt ved varme kilder dybt nede i havet. Det er nemlig først i de senere år, man har fundet ud af, at der eksisterer mange mikroorganismer, de såkaldte ekstremofiler, som sagtens kan overleve uden ilt og uden lys.
F.eks. ernærer den bizarre mikrobe ved navn Thiobacillus concretivorus (hvilket betyder 'beton-ædende svovl-stav') sig af hydrogensulfid, mens en anden, Thiobacillus ferro-oxidant, lever af et diæt af jern, kobber, tin og selv uran. Disse superbakterier kan tåle infernalske temperaturer og tryk, hvilket deres velfortjente navne da også udtrykker: Bacillus infernus, Thermoproteus tenax og Pyroducitum occultum.
Interessen for opdagelsen af varme kilder dybt nede på havbunden blev for alvor vækket, da fysikeren Thomas Gold i 1992 offentliggjorde en artikel med titlen "The deep hot biosphere" i et anerkendt amerikansk tidsskrift.
Disse undersøiske revner i jordskorpen slynger særdeles varmt vand ud til omgivelserne, og de indeholder en rigdom af frie metaller og hydrogensulfid, og der har vist sig at eksistere et sandt mylder af liv omkring dem. Ifølge en fremtrædende biolog og forsker i livets oprindelse, Leslie Orgel, vil Wächtershäusers teori være meget attraktiv, hvis det viser sig, at de svovlædende bakterier kan omdanne kuldioxid (CO2) og kulmonooxid (CO) til organiske forbindelser.
Hønen og ægget
Men i forskernes søgen efter måden, hvorpå livets nødvendige byggesten kunne være blevet dannet, glemte de helt, at der var et yderligere problem. Det kan kort illustreres sådan: Ligesom vi mennesker har brug for sofistikeret værktøj til at bygge en fabrik, har vi brug for en fabrik til at producere værktøjet. Hvad kom først?
Med hensyn til en organisme bliver problemet åbenlyst, når vi tænker på DNA som livets fundamentale byggesten. DNA kan ikke fungere (og nedarves) uden et perfekt maskineri, som producerer proteiner, celler og kroppe, der kan bevæge sig igennem tid og rum. Hvad kom først? Kom informationskoden først (i form af den enstrengede version af DNA, kaldt RNA), eller kom maskineriet - proteinerne og stofskiftet først?
De fleste videnskabsmænd indenfor feltet forestiller sig problemet løst ved den såkaldte teori om 'RNA-verdenen', hvor ideen er, at RNA-molekylet kom først, og at det kunne udføre begge funktioner: RNA kunne både virke som katalysator for dannelsen af proteiner (og dermed maskineriet), og som arvemateriale, der koder for organismen som helhed.
Muligvis var det i begyndelsen ikke RNA-molekylet, men den nære slægtning PNA (P som peptid i stedet for R som ribose), som kodede for organismens information. Danskeren Peter Nielsen fra Panum Instituttet i København kunne i hvert fald påpege, at PNA danner meget mere stabile dobbelthelix-strukturer, end RNA kan. Det kunne være, at evolutionen i tidernes morgen gik fra at bruge PNA til at bruge RNA.
Lerkrystaller
Men længe før argumentet om hønen og ægget blev populært, argumenterede Graham Cairns-Smith fra universitetet i Glasgow for umuligheden af, at et så kompliceret molekyle som RNA kunne opstå af sig selv.
I stedet forestillede han sig, at livet i begyndelsen udfoldede sig i simple lerkrystaller. Idet lerklumperne vokser og brækker over i én uendelighed, kan de som en slags 'hjælper' bære informationer (i starten blot urenheder) videre igennem tid og rum.
Stofferne inden i lerkrystallernes hulrum ville så til gengæld kunne overleve og have held med at formere sig.
Først langt senere i historien kunne de genetiske maskineri 'overtage' lerkrystallernes funktioner, og befri sig fra tilværelsen i mudderet.
Kompleksitetens mål
Darwins princip om den naturlige udvælgelse er derfor ikke kun anvendelig på arter, men på alt - fra atomer til universet selv.
Alle disse semi-biologiske livsformer, som kunne have overlevet, men ikke gjorde det, er blevet ofre for den naturlige udvælgelse.
Den bibeholder kun de atomer, de molekyler, og de komplekse strukturer, som er de mest fleksible og udskiftelige, idet de altid skal kunne tilpasse sig deres omgivelser.
En umiddelbar tanke er så, at hvis fleksibilitet og udskiftelighed er et afgørende kriterium for et vindende design, så er det fordi den allervigtigste egenskab for bibeholdelsen af liv ikke er materialet det er lavet af, men formen. Og form er information.
Én af hovedideerne i evolutionsteorien er tanken om den kontinuerte bevarelse af information imellem generationerne, ligegyldigt hvilket materiale der bærer budskabet.
Dynamik og struktur
Derfor er der i løbet af de sidste par årtier dukket flere og flere teorier op, som ikke længere fokuserer på byggematerialet, men i stedet kigger på de strukturelle og dynamiske processer, som kunne ligge til grund for livets opståen. Man spekulerer over de mulige arkitektoniske principper og de selv-organiserende netværk, som i kølvandet på kaosteorien har fundet et matematisk fundament, og som derfor kunne tænkes anvendt på mysteriet om livets opståen.
Blandt kæmperne i dette tværvidenskabelige grænseland findes blandt andet den tyske fysiske kemiker Manfred Eigen, som med sine såkaldte 'replikatorligninger' og 'hypercykler' har revolutioneret hele måden at tænke evolutionsteori på.
En anden stjerne er Stuart Kauffman, tidligere professor ved Santa Fe Instituttet i New Mexico, som med sine 'autokatalytiske net' har grundlagt et frugtbart forskningsfelt, hvor nye resultater stadig dukker op. Sådan en forskning er selvfølgelig nød til at blive fortalt i matematikkens abstrakte sprog, men til gengæld vil den kunne nå meget længere, end blot at pege på livets 'grundstoffer'.
Den vil kunne formulere generelle principper og tendenser for levende strukturer, finde begrænsninger og muligheder, og den vil kunne bidrage med et meget mere rigt, men også nuanceret billede af, hvad evolutionen og fremkomsten af liv indebærer.
Det er et åbent spørgsmål om vi en dag vil forstå, hvordan livet kunne lade sig gøre, men selv hvis vi gjorde, sådan rent abstrakt, betyder det ingenlunde, at vi ikke kan fortsætte med at undres og fascineres over selv samme.
Litteraturliste:
*Stanley L. Miller: The formation of organic compounds on the earth, Ann. N.Y.Acad. Sci., vol. 69, 1957, s. 260
*Günther Wächtershäuser: Theory of Surface Metabolism, Microb.Reviews, vol.52, dec. 1988, s.452-484
*Graham Cairns-Smith: Seven clues to the origin o life, Cambridge, 1990
Thomas Gold: The deep hot biosphere, Proc.Natl. Acad. Sci. USA, vol.89, 1992, s.6045
*Manfred Eigen: Steps Towards Life, Oxford Univ. Press, 1992
*Stuart A. Kauffman: The Origins of Order, Oxford Univ. Press, 1993
*Paul Davis: The Fifth Miracle, Allen Lane Penguin Press, 1998
*Leslie Orgel: The origin of life - a review of facts and speculations, Trends in Biochemical Sciences, vol. 23, nr. 12, dec. 1998, s.491-495
