Sådan blev ursuppen til haute cuisine
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Når du tilmelder dig nyhedsbrevet, accepterer du både vores brugerbetingelser og at Mediehuset Ingeniøren og IDA group ind i mellem kontakter dig angående events, analyser, nyheder, tilbud etc. via telefon, SMS og e-mail. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Sådan blev ursuppen til haute cuisine

I begyndelsen var ursuppen, og ursuppen var på Jorden. Ja, ursuppen var Jorden - nærmere betegnet en kosmisk affaldsbunke, der under boblende spasmer blandt meteornedslag og hvæsende ildsøjler af svovl og smeltet metal langsomt trak sig sammen til en nogenlunde rund planet. Alt liv stammer fra denne ursuppe, siger naturvidenskaben. Men ingen ved hvordan.

Vi ved at de første cyanobakterier dukkede op i oceanerne efter 700 millioner år, dvs. for cirka 3,8 milliarder år siden. Men hvordan kunne noget så umådeligt kompliceret, så raffineret og veltilpasset som en bakterie opstå af sig selv? Hvordan kunne døde atomer og livløse molekyler danne et så velspundet netværk af afhængigheder, så de kan forme en enhed, som vi kalder en levende organisme?

Det er et spørgsmål af de helt store, og ingen kender svaret. Eller rettere: Måske kender vi svaret i teorien - vi har bare svært ved at lave de rigtige eksperimenter, der bekræfter teorien. Det mener i hvert fald et par sværvægtere inden for den teoretiske biologi, der med et nyt paper i Open Access-fagbladet Biology Direct har sat gang i en ny omgang spekulationer om livets oprindelse.

Autokatalytisk netværk

Den ene af forfatterne til det nye paper er den amerikanske biolog Stuart Kauffman, som i 1993 foreslog, at overgangen fra kemi til biologi må være sket via et netværk af molekyler, som indbyrdes begyndte at katalysere hinandens produktion. Hvert enkelt molekyle kunne altså dannes ved mindst én kemisk reaktion i netværket, og hver reaktion ville blive katalyseret af mindst ét andet molekyle i netværket. På et givent tidspunkt vil det samlede netværk så kunne udvise en primitiv form for metabolisme og langsomt lære at kopiere sig selv.

Sådanne 'autokatalytiske netværk' har forskere som Doyne Farmer fra Santa Fe Institute i New Mexico og Steen Rasmussen fra Syddansk Universitet kunnet lave delvist i laboratoriet.

Læs også: Jagten på det kunstige liv

Det har dog været sværere at eftervise, at de faktisk er i stand til at 'lære' i en darwinistisk forstand, altså at de udviser formering, variation og efterfølgende tilpasninger på baggrund af en vekselvirkning med omgivelserne.

Især viste den anden sværvægter bag det nye paper, den ungarske biolog Erös Szathmáry - sammen med spanieren Mauro Santos - i en artikel fra 2010, at jo større et autokatalytisk netværk bliver, jo mere upræcis vil selve kopieringen blive, hvilket forhindrer den naturlige udvælgelse i at virke ordentligt. Det var en streg i regningen for dem, som mente, at livet på Jorden startede med et primitivt autokatalytisk netværk, som måske nok har en form for stofskifte, men endnu ikke har udviklet sin egen membran eller en selvstændig formeringsmekanisme.

Hønen og ægget

Den videnskabelige tænkning om livets oprindelse er nu om dage opdelt i to lejre. Den ene kaldes 'metabolisme først-lejren', den anden 'gener først-lejren', og deres forhold til hinanden ligner til forveksling paradokset om hønen og ægget.

Hvis man mener, at stofskiftet kom først, ser man det som usandsynligt, at RNA-lignende molekyler (som man ved, kan kopiere sig selv) kunne opstå ud af det blå, altså uden at den naturlige udvælgelse først har skabt dem i en lang evolutionær proces. Den tvivl understøttes af forsøg, der viser, at det er ganske umuligt at syntetisere RNA, PNA, TNA eller lignende replikationsskabeloner uden avancerede enzymer, der hjælper processen på vej.

Hvis man derimod mener, at gener kom først, ser man det som usandsynligt, at en metabolisme kan være tilpas stabil hen over flere generationer, uden at der har været en central genetisk kontrol, som sørger for produktion af de rigtige molekyler.

Stuart Kauffmans autokatalytiske netværk har kunnet slå en bro hen over de to synspunkter, fordi kommandocentralen i et autokatalytisk netværk er netværket selv. Uden konkrete eksperimentelle beviser på, at et primitivt autokatalytisk netværk kan være stabilt længe nok til at udvikle RNA-lignende skabeloner, har det dog været svært at overbevise biologer om, at man nu har løst gåden om livets begyndelse i ursuppen.

Men ifølge Kauffman, Santos og Szathmáry er der håb forude. Præbiotisk evolution i en affaldsbunke af simple molekyler er mulig. Det er bare ikke nok med ét enkelt autokatalytisk netværk. Der er brug for flere autokatalytiske netværk, som er adskilte fra hinanden i separate beholdere eller hulrum (det kunne være i lerkrystaller, liposomer, miceller, nanorør osv.), og som vekselvirker med hinanden på en specifik måde.

Genotype og fænotype

Konkret skal de multiple kemiske netværk bestå af en autokatalytisk kerne og en ikke-autokatalytisk periferi af produkter, der løbende dannes af kernen. I en sådan opsætning er kernen analog til en genotype (arvelighedsinformation), mens periferien er analog til en fænotype (organismens fremtræden). Ved hjælp af simulationer kan forfatterne vise, at et sådant system både kan udvise ægte darwinistisk selektion og neutral drift via mutationer, variationer og udvælgelse på basis af vekselvirkninger med omverdenen.

En vigtig ny erkendelse i den tilgang er, at der findes en hel zoologisk have af forskellige former for autokatalyse. I sin mest simple udformning siger man, at en kemisk reaktion er autokatalytisk, hvis reaktionsproduktet katalyserer sin egen dannelse. Men der er mange andre muligheder. To reaktionsprodukter kan katalysere et tredje produkt eller kryds-katalysere hinanden. Nogle kan hæmme dem, mens andre fremmer en fjerde, og kun hvis en femte bliver produceret, og så videre. De mange autokatalytiske netværk skaber altså en diversitet af reaktionshastigheder og produkter, som gør det muligt for dem indbyrdes at konkurrere om fødekilderne.

Kauffman, Santos og Szathmáry siger med deres nye teori selvfølgelig også, at 'gener først-lejren' tager fejl. Det er de autokatalytiske netværk selv, der står for kopieringen. Det fører til et spørgsmål om, hvor stabilt sådan et system skal være. Men som forskerne siger i et svar til en af deres peer-reviewers: 'En forståelse af de former for kemisk organisation, som kan fastholde arvelighed, står logisk set foran problemet med stabiliteten af sådanne organisationer.'

Mudder og præbiotiske pizzaer

Der findes mange forslag i litteraturen til, hvordan protoceller uden membran og replikationsmekanisme kunne have udviklet sig. Graham Cairns-Smith fra universitetet i Glasgow forestiller sig f.eks., at livet i begyndelsen udfoldede sig i simple lerklumper. Idet lerkrystaller vokser og brækker over i én uendelighed, kan de bære informationer (i starten blot urenheder) videre igennem tid og rum. Stofferne inde i lerkrystallernes hulrum ville så kunne overleve og have held med at formere sig. Først langt senere i historien kunne det genetiske maskineri overtage lerkrystallernes funktioner og befri sig fra tilværelsen i mudderet.

Som et andet alternativ fandt kemikeren Günther Wächtershäuser på at placere åstedet for livets oprindelse i et vandigt miljø og på overfladen af svovlkis-krystaller. Han forestiller sig, at en kombination af jern, kuldioxid og svovlbrinte bundet til overfladen af pyrit (også kaldet svovlkis, FeS2) dybt nede i havet i tidens løb kan udvikle organiske molekyler såsom sukker. På overfladen af denne såkaldte 'præbiotiske pizza', hvor dannelsen af svovlkis frigør nyttig energi, ville der kunne opstå selvstændige semi-cellulære organismer, som på grund af en rig tilstrømning af mineraler og stoffer fra varme kilder kunne udvikle deres eget kemoautotrofe 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 celledeling - ville organismen langsomt kunne frigøre sig fra svovlkisen og bevæge ud i sit nyerhvervede frie liv.

I elevatoren

Historien om livets oprindelse kunne derfor i en kortfattet elevatorvariant se så sådan her ud: Først ramler tilfældige kemiske stoffer ind i hinanden og danner nye kemiske stoffer med nye egenskaber. Nogle af de nye kemiske stoffer er i stand til at katalysere deres egen produktion, hvilket skaber en eksponentiel vækst, der stopper, når fødekilden er opbrugt.

Steder, hvor fødekilderne er i overflod, f.eks. i næringsrige ursupper eller tæt ved hydrotermiske væld, overlever disse autokatalytiske reaktioner og danner langsomt forbindelser med andre autokatalytiske reaktioner, der efter nogle hundredetusinde år skaber en population af autokatalytiske netværk, som konkurrerer om fødekilderne ved f.eks. at have forskellig komposition, størrelse og effektivitet.

De konstante sammenbrud

Nogle af netværkene lærer at undgå de konstante sammenbrud ved at koble autokatalysen med inhiberende reaktioner, og ved at gemme den autokatalytiske kerne i lerkrystaller eller i andre slags beholdere, som dog stadig er i tæt kontakt med fødekilderne. Efterhånden som æonerne går, specialiserer disse protoceller sig i at udføre mere specifikke opgaver, f.eks. at udnytte sollyset, metabolisere svovl eller producere lipider, som danner en semipermeabel membran.

Først efter endnu flere millioner år og milliarder af halvdårlige forbedringsforsøg, udvikler protocellerne en molekylær skabelon, som er i stand til at kopiere sig selv og hele sin beholder meget mere pålideligt, end det før var muligt. Denne opfindelse markerer en afgørende transition i evolutionens historie, nemlig overgangen til en RNA- og senere til en dna-baseret livsform. Den viser sig at være så effektiv, at alle de andre autokatalytiske netværk bliver overhalet og senere udskiftet med genetisk programmerede - og genetisk programmerende - organismer.

Der er også mange andre ting, evolutionen har gjort, som f.eks. at udvikle cellekerner, organeller, kemotaksis, fotosyntese, seksuel reproduktion, flercellede organismer osv. Hvis der skulle laves videnskabelige afhandlinger om dem én for én, ville hele verdens biologer ikke være nok til at skrive dem. Men selve starten, dér hvor kemi bliver til biologi ved hjælp af de autokatalytiske netværk, kan i princippet betragtes som afmystificeret. Nu mangler der kun eksperimenter, som kan bekræfte teorien.

Kommentarer (5)

Jeg mener man skal udfolde tankevirksomheden ud over Jordens sfære for virkelig at komme til bunds i denne problematik.

Diskussionen om hønen og ægget antyder jo klart i sig selv, at der overalt i stort og småt er tale om et universelt princip som er selv-regenererende. Der er intet først og intet sidst. Intet Big Bang og intet Big Crunch.

  • Skal man endelig tale om en egentlig "ursuppe", kan denne kun være den overalt forekommende og fluktuerende kosmiske ursuppe af brint og helium som repræsenterer "den kosmiske baggrundsstråling" (CMB) Den suppe hvori alt bevæger sig i kosmos.

Alle atomer i universet vibrerer elektromagnetisk. Livet opstår ikke bare på eller i Jorden, det opstår i samklang med alt andet uden for der også er elektromagnetisk omkring Jorden.

Det er ikke gener eller stofskiftet der styrer i sig selv, men en masse indre menneskelige energier der spiller sammen med en masse energier uden for mennesket - langt ud i kosmos.

NB: Problemet er - igen og igen - den lineære tidshorisont som forhindrer et overordnet kosmologisk korrekt udsyn der i bund og grund er cyklisk.

  • 0
  • 0

Alle atomer i universet vibrerer elektromagnetisk. Livet opstår ikke bare på eller i Jorden, det opstår i samklang med alt andet uden for der også er elektromagnetisk omkring Jorden.

Det tåget sagte er det tåget tænkte!

  • Søren
  • 0
  • 0