Det är lätt att ta livet som vår planet vimlar av för givet, men dess existens väcker en mycket svår fråga:Var kom livet på jorden ifrån?
Före 1860-talet, när Louis Pasteur utvecklade sin bakterieteori om sjukdomar, var den gemensamma konsensus att livet kunde skapas spontant. Till exempel, om du lämnade vetekorn ute, skulle det leka babymöss. Vatten som får stå i flera dagar skulle föda organismer som alger. Idag vet vi att nytt liv inte kommer att skapas ur ingenting, men detta beror till stor del på Pasteurs arbete [källa:Abedon].
Pasteur visade oss att mikroorganismer, oförmögna att upptäcka av mänskliga sinnen, lever överallt omkring oss. Detta ledde till hans bakterieteori, som säger att människors hälsa utsätts för attacker av dessa mikroorganismer och att dessa attacker kan resultera i vad vi tänker på som sjukdom.
Men hans arv inkluderar också en förändring i mänsklig förståelse om livets tillkomst. Efter att Pasteur avslöjade bakteriernas natur, dödade han effektivt den nu till synes vidskepliga idén att organiskt liv kan generera spontant ur oorganiskt material. Ironiskt nog har vetenskapen kommit tillbaka för att utforska just detta koncept som en möjlighet än en gång som en av två huvudsakliga konkurrerande förklaringar till livets ursprung på jorden.
Konceptet som livet kan ha skapat spontant kallas abiogenes . I det avlägsna förflutna uppstod föregångare till liv som aminosyror och proteiner från en ursoppa och lyckades ordna sig till självreplikerande precellulära livsformer. Denna början av livet komponerade och transkriberade så småningom det DNA som utgör grunden för den genetiska koden för livsprocesser idag. Det är en fantastisk idé – och en som många inom och utanför det vetenskapliga samfundet kritiserar.
I det andra hörnet finns abiogenesis främsta -- och lika fantastiska -- rival som förklaring till livets ursprung på jorden. Detta koncept, panspermia , säger att livet inte började här på jorden, utan någon annanstans i universum eller solsystemet. Livet fördes hit, i ett fordon som en asteroid från en annan planet, och tog fäste på ungefär samma sätt som ett frö gör i bördig jord. Förmodligen mer exakt, livet skulle ha spridit sig som en epidemisjukdom i en form som mycket liknar de bakterier som Pasteur upptäckte.
Ingen kan vara säker på vilken som adekvat förklarar livets ursprung på jorden, men förvånansvärt nog har båda visat sig vara möjliga. I den här artikeln kommer vi att titta på varje fall. Först ska vi titta på ett gemensamt problem som båda teorierna delar.
Innehåll
Ungefär samtidigt som Pasteur utvecklade sin bakterieteori, introducerade Charles Darwin sin evolutionsteori för världen. Det skulle bidra med vad som utgör en logisk färdplan i sökandet efter det första livet på jorden. I "Arternas ursprung" refererar Darwin till Sir John Herschells beskrivning av livets uppkomst på jorden som "mysteriernas mysterium" och föreslår att arterna på jorden idag inte skapades oberoende. Istället utvecklades de i ständigt växande antal från tidigare arter genom evolutionsprocessen genom naturligt urval [källa:Darwin]. Kärnan i detta resonemang är implikationen att alla organismer kunde ha utvecklats från en enda gemensam förfader. Således började den moderna undersökningen av livets ursprung på jorden.
Darwins arbete byggdes på ett redan existerande biologisk klassificeringssystem som föreslagits 1753 av den svenske biologen Carl von Linne (känd som Linné). Linné utvecklade taxonomi , ett system för att klassificera organismer generellt baserat på fysiska egenskaper, från den smalaste taxon (arter) till en grupp besläktade arter (släkte) och i allt bredare taxa upp till rikena av växter och djur (och ursprungligen mineraler) [källa:Pidwirny]. Detta biologiska klassificeringssystem har självt utvecklats över tiden, med antalet kungadömen som expanderar och det bredaste taxonet, domäner, etablerat för att kategorisera celler som eukaryota (innehåller celler med DNA i en kärna), bakterier och archaea (extremofilers domän).
Med tiden har taxonomi blivit mer exakt, genom tillämpning av genetik. Detta hybridfält kallas fylogeni , där organismernas inbördes släktskap fastställs baserat på deras delade DNA. Till exempel delar de relaterade generna (de som utför liknande funktioner) som finns hos människor och vissa typer av möss så mycket som 90 procent likhet i deras DNA-sekvenser [källa:Stubbs]. Genetisk jämförelse av schimpanser och människor ger ungefär 95 procent likhet [källa:Pickrell]. Dessa likheter är betydande men fylogenin har bekräftat vad Linné, Darwin och otaliga andra vetenskapsmän länge har postulerat -- att varje levande varelse på jorden är relaterad.
Systemet som används för att klassificera levande saker ser mycket ut som ett träd, med de tidiga organismerna som utgör rotstrukturen, och olika taxa smalnar av i stammen, stora grenar, mindre grenar och slutligen in i bladen som representerar de nästan 2 miljoner arterna för närvarande klassificeras av vetenskap [källa:O'Loughlin]. Denna representation kallas ofta för livets träd . Men eftersom fylogeni har kommit alltmer i användning, har det visat sig att rötterna till livets träd kanske är något atypiska.
Den genetiska jämförelsen av organismer som tillhandahålls av fylogeni har avslöjat ett allvarligt hinder för att spåra livets träd tillbaka till den enda gemensamma förfader som tidigare biologer inte kunde se. Jakten på den gemensamma förfadern -- och själva tanken att en sådan existerade -- bygger på genetisk distribution via vertikal genöverföring . Genom detta överförs gener från en generation till nästa genom sexuell eller asexuell reproduktion. Antingen en eller två organismer ger upphov till en annan som ärver en kopia av sig själv eller en förutsägbar kombination av deras gener. Med tiden kan organismer så småningom divergera till helt olika arter eller till och med kungadömen, som människor från apor (eller ännu längre tillbaka, där släktet som gav upphov till fåglar avvek från bakteriernas), men denna horisontella överföring av gener lämnar fortfarande en spår av genetiska brödsmulor som vi kan följa för att spåra vårt ursprung.
Att gener endast överfördes vertikalt var forskarnas dominerande uppfattning fram till 1950-talet då en annan typ av genöverföring upptäcktes. Horisontell eller lateral genöverföring är ett annat sätt att en organism skaffar en annans gener, men snarare än förälder till avkomma, är denna metod för genetisk distribution baserad på att en organism effektivt absorberar en annan organisms DNA hel och intakt [källa:Wade]. Två organismer kan skapa en tredje, till synes obesläktad hybridorganism med båda generna, men inte på något sätt som liknar den lika stora kombinationen av gener som sker under reproduktion. Istället kan en större organism praktiskt taget äta en annan organism och behålla den andra organismens genetiska kod, genom att använda den första organismens kod för sig själv. Mitokondrierna, den del av cellen som är ansvarig för att omvandla socker till energin som används för att driva cellulära funktioner hos eukaryota djur, tros en gång ha funnits som en oberoende organism [källa:Wade]. Genom lateral överföring absorberade en uråldrig eukaryot den och behöll sin genetiska sammansättning.
Tidigt i jordens historia tror mikrobiologer nu att lateral överföring var vanlig, vilket gav rötterna till livets träd inte en direkt linje uppåt från ett enda frö, utan snarare en serie omöjligt korsade, praktiskt taget omöjliga att spåra linjer bland encelliga organismer. Sökandet efter en enda gemensam förfader fick ytterligare ett slag efter att forskning visade extremofiler, organismer som kan överleva under svåra förhållanden och kandidater för de tidigaste livsformerna på jorden, troligen utvecklats från andra bakterier och senare anpassade sig till deras miljöer [källa:Zimmer]. Detta tyder på att de är mindre gamla än man tidigare trott.
Men oavsett om vi utvecklats från en enda gemensam förfader eller många, kvarstår frågan, hur började livet på jorden? Vi kommer närmare svaret på nästa sida.
Här kommer vi så att säga tillbaka till början. På 1950-talet försökte en doktorand vid University of Chicago vid namn Stanley Miller att återskapa de förhållanden som hittades på jorden för cirka 3,8 miljarder år sedan, runt den tidpunkt då fossilregistret först visade liv [källa:Zimmer]. Miller designade ett genialt och nu berömt experiment där han lade till ungefärliga mätningar av väte, metan och ammoniak i en kolv som innehöll vatten. Detta element och föreningar ansågs dominera i atmosfären på den unga jorden. När Miller simulerade blixten genom att lägga till en gnista fann han att lösningen i hans kolv nu innehöll något som den inte hade tidigare:aminosyror.
Aminosyror kallas vanligtvis livets byggstenar, eftersom de utgör grunden för proteiner, som är nödvändiga för organismers struktur och funktioner. Millers experiment har hållit i sig. Till exempel, ett experiment som inkluderade svavelväte och en ångstråle, som simulerar närvaron av vulkanisk aktivitet, visade sig senare vara en ganska exakt approximation av den tidiga jorden från forskning som kom efter Millers död [källa:NASA]. En annan inblandad formaldehyd som en katalysator för livets ursprung [källa:Science Daily]. Dessa experiment gav ännu mer övertygande bevis för att liv på jorden uppstod från abiogenes.
Grunden för abiogenes är att precellulärt liv en gång existerade på jorden. Dessa föregångare till liv sammanställde sig från aminosyrorna som fanns i ursoppan som återskapades av Miller och blev de proteiner som ger struktur till celler och fungerar som enzymer för cellulära processer. Vid någon tidpunkt bildade dessa proteiner genetiska mallar så att de kunde replikeras och organiseras i organeller som ribosomer , som transkriberar molekyler från dessa mallar [källa:Science Daily]. Så småningom kom dessa processer samman för att skapa DNA, som utgör grunden för cellulärt liv.
Abiogenes som teori för livets ursprung fick ett uppsving på 1980-talet när forskaren Thomas Cech bevisade att RNA både kan fungera som bärare av genetisk kod och som ett enzym som katalyserar den koden till skapandet av molekyler. Detta fynd gav upphov till RNA-världen hypotes , vilket är tanken att aminosyror först bildades till proteinerna som utgör ribonukleinsyra (RNA), som tog över och började självreplikera och generera nya kombinationer av proteiner som skapade nytt precellulärt – och så småningom cellulärt – liv.
Under abiogenesis skapades organiskt liv slumpmässigt från livets oorganiska komponenter. Dess vetenskapliga konkurrent föreställer sig en annan början på livet på jorden.
Principen bakom panspermia är att livet har sitt ursprung utanför jorden och reste till vår planet och hittade ett gästvänligt klimat där vi kan frodas och så småningom utvecklas till liv på jorden.
Panspermi är ett gammalt koncept, som går tillbaka så långt som begreppet taxonomi, när den franske historikern Benoit de Maillet föreslog att livet på jorden var resultatet av bakterier som "såddes" från rymden [källa:Panspermia-Theory]. Sedan dess har forskare från Stephen Hawking till Sir Francis Crick (som övergav sitt tidiga stöd för RNA-världshypotesen) haft tron att livet på jorden har sitt ursprung från denna planet.
Teorin om panspermi delas in i tre breda kategorier. Livet färdades via rymdskräp från någonstans utanför vårt solsystem, konceptet lithopanspermia , eller från en annan planet i vårt solsystem, ballistisk panspermia . Den tredje hypotesen, riktad panspermi , hävdar att livet på vår planet spreds målmedvetet av redan etablerat och intelligent liv [källa:Panspermia-Theory].
Som panspermihypoteser går, ballistisk panspermi (även kallad interplanetär panspermi ) åtnjuter den bredaste acceptansen i det vetenskapliga samfundet. Bitar av andra planeter har länge bombarderat jorden i form av meteoriter. Faktum är att en meteorit, ALH84001, som upptäcktes i Antarktis 1984, bär på vad vissa forskare uppfattar som spår av liv eller föregångare till liv som aminosyror. Det har beräknats ha brutit från Mars för mer än 4 miljarder år sedan [källa:Thompson].
Vid undersökning av ALH84001, astrobiologer - Forskare som studerar potentialen för liv i rymden - fann att minst fyra spår av forntida liv, från vad som verkade vara fossiliserade mikrober till en form av magnetiska bakterier [källa:Schirber]. Sedan fynden publicerades 1996 har tre av spåren av liv som hittats i meteoriten diskonterats. Men huruvida det sista spåret, kedjor av magnetit, är mineral eller producerades biologiskt av forntida marsbakterier är fortfarande under debatt.
Mars är den mest sannolika kandidaten för ballistisk panspermi. Arrangemanget av Mars och jordens banor runt solen gör det cirka 100 gånger lättare för en sten att resa från Mars till jorden än vice versa [källa:Chandler]. Och under loppet av jordens historia beräknas cirka 5 biljoner stenar ha gjort resan [källa:NASA]. Dessutom var jorden och Mars i sin tidiga historia lika lämpade för att hysa liv, båda med våt atmosfär och vatten på sina ytor.
Trots alla dessa bevis är juryn fortfarande ute på hur livet började på jorden. Läs lite kritik av panspermi och abiogenes på nästa sida.
Medan de experiment som utförts av Stanley Miller och andra som har byggt på hans arbete visar att liv kan ha uppstått ur en ursoppa, förblir den möjligheten teoretisk. Det finns inga bevis för precellulärt liv på jorden; Dessutom påpekar kritiker av RNA-världshypotesen att experimenten som stöder koncepten utfördes med biologiskt skapat RNA. RNA kan fungera som både en mall för självreplikation och ett enzym för att utföra den processen, men dessa fynd har utförts i kontrollerade laboratorieexperiment. Detta bevisar inte nödvändigtvis att sådana känsliga handlingar kan hända i den antika jordens hav.
Av skäl som dessa har RNA-världshypotesen till stor del övergivits av förespråkare för abiogenes till förmån för andra hypoteser, som den samtidiga utvecklingen av både proteiner och genetiska mallar eller utvecklingen av liv runt undervattensöppningar liknande de som för närvarande bebos av dagens extremofiler. Men det finns en kritik som varje abiogeneshypotes har svårt att övervinna:tiden. DNA-baserat liv tros ha utvecklats på jorden med början för cirka 3,8 miljarder år sedan, vilket ger precellulära livsformer cirka 1 miljard år för att utföra slumpmässiga processer för att koda användbara proteiner och sätta ihop dem till föregångarna till cellulärt liv [källa:Discovery Nyheter]. Kritiker av abiogenesis säger att det helt enkelt inte räcker med tid för oorganiskt material att bli det teoretiserade precellulära livet. En uppskattning tyder på att det skulle ta 10^450 (10 till 450:e potensen) år för ett användbart protein att skapas slumpmässigt [källa:Klyce].
Detta är ett hinder som gör panspermi till en attraktiv förklaring:Den förklarar inte livets ursprung, bara livets ursprung på jorden. Panspermihypoteser motsäger inte nödvändigtvis abiogenes; de flyttar bara ursprunget någon annanstans. Ändå är juryn fortfarande ute på flera viktiga faktorer som måste vara på plats för att panspermi ska vara korrekt. Är det till exempel möjligt för mikrobiellt liv att överleva under de svåra förhållanden som finns under resan genom rymden, ingången till jordens atmosfär och påverkan på jordens yta?
Några nya hypoteser tyder på att den inte behöver överleva. En forskare postulerar att döda bitar av DNA kunde ha kommit till jorden via ballistisk panspermi och replikerades genom en kickstartad process som liknar RNA-världen [källa:Grossman]. Andra forskare syftar till att leta igenom Mars efter fossilt liv och jämföra eventuellt genetiskt material med det som finns universellt på jorden för att bestämma förhållandet [källa:Chandler].
Men om livet på jorden började någon annanstans och reser till vår planet kvarstår frågan fortfarande:Vad är livets ursprung?
