Ingen ved, hvordan det første liv på Jorden opstod – og spørgsmålet er, om vi nogensinde finder ud af det.

Der findes ingen fossile efterladenskaber fra de første primitive livsformer, og størstedelen af klodens datidige overflade er for længst blevet modelleret så meget om, at der i dag næsten ikke findes noget originalt materiale fra det tidspunkt for omkring 3,8 milliarder år siden, da de første livsformer begyndte at metabolisere sig ud i verden.

Manglen på fysiske beviser holder dog ikke videnskaben tilbage fra at forestille sig, hvad der skete på dette kritiske punkt i Jordens historie, og nu melder Martin A. Nowak og Hishashi Ohtsuki fra Program of Evolutionary Dynamics ved Harvard University sig med en ny matematisk model af livets opståen. Modellen ser på, hvordan Jordens kemiske ursuppe blev så klar til at fostre livet, at alt, hvad der manglede, blot var en sidste, lillebitte mutation.

Nowak og Ohtsuki skriver i Proceedings of the National Academy of Sciences, at der foregik en form for naturlig selektion på Jorden, før livet opstod, og at denne selektion banede vejen for udviklingen af biologisk liv.

Den tidlige selektion foregik blandt kemiske stoffer i små søer og pytter af stille vand. I disse kemiske ursupper mødtes stofferne i alle mulige forskellige kombinationer og dannede for eksempel molekyler og kortere eller længere kæder af kemiske byggesten.

Det var blandt disse tidlige kombinationer, at selektionen foregik, og den sorterede de langsomme, ueffektive og på anden vis uegnede kombinationer fra.

Også mutationer opstod og dannede nye kombinationer, som fik chancen for at klare sig i det mangfoldige miljø.

De mange nye kemiske kombinationer opførte sig som biologisk liv – men var det ikke. De manglede evnen til at reproducere sig selv, og uden den kan en kombination af kemiske stoffer ikke betegnes som en livsform.

Først til sidst – med et muterende hop – opstod evnen til at kopiere sig selv, hvorved de kunne blive til biologisk liv, mener Martin Nowak.

Ifølge den matematiske model kunne det ikke-biologiske liv – det såkaldt præbiotiske liv – udvikle sig, fordi der herskede den samme lov om selektion i de kemiske miljøer som i biologiske miljøer: Den hurtigste, den mest effektive, den bedst egnede overlever.

I biologiens verden udvælges de bedste organismer. I den kemiske verden var det de bedst egnede molekyler og kæder af molekyler, der blev udvalgt og dermed kom til at dominere miljøet for til sidst helt at overtage.

Nowak og Ohtsuki er tilknyttet Harvards Program for Evolutionary Dynamics ved Department of Organismic and Evolutionary Biology. I deres studier arbejder de med formler, der kan beskrive de forskellige kerne-ingredienser i den evolutionære proces.

Det er for eksempel selektion, mutation og populationsstruktur, som, når de bearbejdes i modeller, kan give et billede af, hvad der sker, når individer med forskellige træk reproducerer med forskellig hastighed, eller når en mutant viser sig så stærk, at den bliver forfader til en hel gruppe af efterkommere, der ender med at blive den herskende gruppe i en population.

For første gang en simpel model
I København arbejder lektor Sandeep Krishna ved Center for Models of Life, Københavns Universitet, også med modeller for biologiske systemer. Han peger på, at Harvard-forskernes model ikke er den første til at forudsige præbiotisk selektion i den kemiske ursuppe.

»Andre forskere, bl.a. Dyson Farmer og Walter Fontana fra Santa Fe University og Freeman Dyson fra Institute for Advanced Studies, Princeton, har også brugt modeller til at nå frem til samme konklusion. Tidligere har modellerne dog været meget komplekse – her har vi en simplere demonstration af, at selektion startede på Jorden, før livet opstod,« lyder Krishnas kommentar.

Han er enig med Harvard-forskerne i, at de kemiske ursupper var så rige på grundstoffer, at det kun var et spørgsmål om tid, inden de forskellige grundstoffer tørnede sammen og dannede mere eller mindre komplekse molekyler, som havde gode eller dårlige betingelser for at "overleve".

Hvilke afgørende strukturer, der blev dannet først, er de to dog ikke enige om. Krishna hælder mest til, at ursuppen først frembragte komplekse strukturer som proteiner og molekyler, og derefter kom strukturer, der evnede at kopiere sig selv. Nowak og Ohtsukis forestiller sig, at en struktur med evnen til at kopiere sig selv – en RNA-streng – godt kunne opstå spontant ud af ursuppen.

I deres matematiske model byggede Nowak og Ohtsuki kortere eller længere kæder af kemiske stoffer og skabte dermed en række mere eller mindre komplekse molekyler. En kort kæde har færre samlingspunkter og er derfor hurtigere at samle end lange kæder.

Følgelig dannes der flere korte kæder end lange, og det er en slags selektion, mener forskerne: Korte kæder klarer sig bedst i modellens kemiske ursuppe.

De korte, hurtige kæder sugede alle byggestenene i ursuppen til sig og drev dermed de langsomme kæder til "udryddelse".

Dette er essensen af evolution.

Hvis man oven i det lægger mutation - at der af og til opstod en ny kæde-kombination, som var endnu hurtigere at samle end de andre - begynder processen at ligne den lov om evolution, som biologisk liv er underlagt, pointerer Nowak og Ohtsuki.

I et sådant miljø, hvor det vrimler med alle mulige og umulige molekyler og grundstoffer, vil der før eller siden opstå mutationer i de kombinationer, som kæderne består af. Ligesom i biologisk liv vil nogle af mutationerne være blindgyder, som hurtigt forsvinder igen. Andre derimod vil byde på helt nye egenskaber – for eksempel evnen til at kopiere sig selv.

Kopiering er lig med evnen til at reprocucere sig selv, og når en samling af molekyler besidder den evne, er den en livsform. På den måde kunne det altså meget vel være en eller flere mutationer i den præbiotiske ursuppe, der skabte livet.

Hvis først en kæde har fået evnen til at kopiere sig selv, vil den kædekombination meget hurtigt opbruge den kemiske suppes grundstoffer og udkonkurrere de kæder, der ikke kan kopiere sig selv. Således kunne livet været opstået og samtidig have udryddet det miljø, som det er rundet af, mener Nowak og Ohtsuki.

Hvis selektion var på spil før livet blev skabt, går der kludder i den lære, som Darwin efterlod os. Darwin, der i 1858 udgav "Om arternes oprindelse", forklarede, at selektion foregår efter reproduktion: Først formerer en organisme sig og giver sine gener videre til næste generation. Og først derefter foregår selektionen, hvor naturen vurderer det fremkomne eksemplar og dømmer dets indhold af arvemateriale egnet eller uegnet til at leve videre i kommende generationer. Eksemplaret dør uden at have formeret sig – eller det formerer sig og giver arvematerialet videre.

I den præbiotiske ursuppe foregår selektionen ifølge Nowaks modeller, før der overhovedet er nogen livsformer, som kan føre det udvalgte arvemateriale videre. Selektionen er trådt ind så tidligt, at den har udvalgt de byggesten, som livet skal rejse sig af.

Hvis det er sket på Jorden, kan det også ske andre steder i rummet. Måske er der mange steder fuld gang i den kemiske selektion lige nu, og måske er det kun et spørgsmål om tid, inden livet også vil opstå der.