Originea vietii
Reluam seria de articole despre originea vietii. In fond este cea mai mare enigma a omenirii. Si nu da semne ca ar putea fi descifrata curand…
Astronomii au estimat ca Universul a luat nastere acum 15 miliarde de ani. La inceput, avea dimensiunea zero si era infinit de fierbinte. Pe masura ce acesta se extindea, temperatura radiatiei scadea. La doar o secunda dupa Big Bang, temperatura a scazut la circa zece miliarde de grade. El continea in majoritate fotoni, electroni si neutrini si antiparticulele lor, impreuna cu protoni si neutroni. Temperatura a continuat sa scada, iar ratele cu care perechile de electroni / antielectroni erau produse in ciocniri au scazut sub rata la care erau distrusi prin anihilare. Totusi, majoritatea electronilor si antielectronilor s-au anihilat reciproc producand fotoni, ramanand doar cativa electroni.
Dupa 1 – 2 minute dupa Big Bang, temperatura a scazut la un miliard de grade, aproximativ cat temperatura din interiorul celor mai fierbinti stele. La aceasta temperatura protonii si neutronii nu mai au energie suficienta pentru a scapa de atractia interactiei nucleare tari si au inceput sa se combine producand nucleele atomului de deuteriu – hidrogenul greu (acesta contine un proton si un neutron). Nucleele de hidrogen greu s-au combinat apoi cu mai multi protoni si neutroni, formand nucleele de heliu, care contin doi protoni si doi neutroni, precum si cantitati mici din doua elemente mai grele, litiu si beriliu.
In urmatorul milion de ani nu s-au intamplat foarte multe, insa universul a continuat sa se extinda. O data cu expansiunea universului, temperatura sa scadea. Norii formati de hidrogen si heliu au colapsat sub fortele gravitationale ale lor, formand stelele, ca mai apoi, acestea, sa transforme hidrogenul si heliul in elemente mai grele precum carbon, nitrogen si oxigen. Dupa moartea stelelor aceste elemente au fost imprastiate in spatiul interstelar. 
Praful rezultat in urma exploziei a colapsat din nou pentru a forma o noua generatie de stele si sisteme solare. Intr-un mod similar a fost creat si sistemul nostru solar iar una dintre planetele sale, Terra, a fost formata la distanta potrivita fata de Soare unde conditiile au fost favorabile pentru aparitia vietii.
In aceasta serie vom porni intr-o calatorie pana la inceputurile Terrei pentru a incerca sa intelegem originea vietii, cum a aparut si cum a evoluat. Cum ne-a influentat evolutia, societatea, cultura si credintele si nu in ultimul rand, realizarile noastre tehnologice.
Pentru a intelege care este originea vietii, trebuie sa raspundem la cateva intrebari:
– cum au fost creati aminoacizii si nucleotidele?
– cum au fost acestia asamblati in macromolecule (proteine si acizi nucleici)?
– cum s-au putut reproduce?
– cum au format prima celula?
Acum 3,8 miliarde de ani, dupa estimarile cercetatorilor, Pamantul a devenit propice vietii. Primele forme de viata erau agregate de macromolecule capabile sa obtina substante si energie din moleculele anorganice din jurul lor si din energia solara. Este probabil ca viata sa fi aparut in nenumarate randuri si multe “origini ale vietii” sa fi disparut prematur. Insa viata, asa cum exista ea astazi, a avut o singura origine, fapt evidentiat de codul genetic, care este acelasi pentru toate organismele, chiar si pentru cele mai simple, precum si de multe caracteristici ale celulelor, printre care si cele microbiene. Cea mai primitiva forma de viata fosila a fost gasita in straturi cu o vechime de circa 3,5 miliarde de ani.
Inca de cand a aparut viata, organismele au interactionat dinamic cu mediul lor anorganic, mai ales cu atmosfera, care la inceput, nu avea oxigen. Oxigenul a fost mai apoi produs in urma activitatii bacteriilor albastre-verzi. Bacteriile (procariotele) au fost primele organisme care au aparut pe Pamant. Timp de 1 miliard de ani, acestea au dominat Pamantul, reprezentand singura forma de viata existenta. Eucariotele, aparute mai tarziu, au constituit cel mai important eveniment din istoria vietii pe Terra, facand posibila existenta tuturor organismelor complexe de mai apoi, si inclusiv a noastra. Ca si structura, eucariotele difera de procariote deoarece primele poseda un nucleu inconjurat de o membrana ce contine cromozomi individuali, in timp ce procariotele sunt lipsite de membrana.
Primele eucariote au aparut dintr-o simbioza a unei arheobacterii (o subdiviziune a procariotelor) cu o eubacterie, iar apoi, prin formarea unei himere a celor doi simbionti. Din acest motiv, eucariotele combina atat caracteristicile arheobacteriilor cat si ale eubacteriilor. Pentru a intelege mai bine diferenta intre bacterii si eucariote, trebuie mentionat ca bacteriile nu au nucleu, ADN-ul este localizat in gonofor, cromozomii nu contin proteine, nu se reproduc sexuat, iar diviziunea celulara se realizeaza prin simpla fisiune sau prin inmugurire.
Originea vietii reprezinta un subiect intens disputat, desi cele 3,5 miliarde de ani au distrus multe indicii relevante. Din experimentele realizate si din putinele dovezi pe care le avem, biologii incearca sa investigheze datele si sa asambleze acest puzzle imens. Majoritatea dovezilor provin din studiul ADN-ului, biochimie si din experimente.
Biologii folosesc secvente de ADN ale unor organisme moderne pentru a reconstrui copacul vietii si pentru a-si da seama care sunt caracteristicile celui mai recent stramos comun al tuturor formelor de viata existente astazi pe Terra. Potrivit unor ipoteze, “cel mai recent stramos comun” ar putea fi un set de organisme care au trait in acelasi timp.
Studiind mecanismele biochimice folosite de multe organisme, putem pune cap la cap informatiile, pentru a intelege cum aceste sisteme au aparut si cum au evoluat. Pana in anii ‘80, biologistii erau blocati de problema “oului si a gainii”: in toate organismele vii, acizii nucleici (ADN si ARN) erau necesari pentru a construi proteinele, iar proteinele erau necesare pentru a construi acizii nucleici. Asadar, care au fost primii? Acizii nucleici sau proteinele? Aceasta problema a fost rezolvata atunci cand a fost descoperita o noua proprietate a ARN-ului: unele puteau cataliza reactii chimice – acest lucru insemna ca ARN-ul putea stoca informatie genetica, dar in acelasi timp, putea cauza reactii chimice necesare pentru replicare.
ARN-ul a fost un element crucial pentru aparitia vietii si a deschis practic calea catre organismele moderne.
Abiogeneza
Abiogeneza reprezinta studiul aparitiei vietii din materie anorganica prin procese naturale. Majoritatea aminoacizilor (numiti “caramizi ale vietii”) provin din reactii chimice naturale, asa cum s-a demonstrat in experimentul Miller-Urey si in alte experimente similare. In toate organismele vii, acesti aminoacizi sunt organizati in proteine, iar constructia acestor proteine este mediata de acizii nucleici, care sunt sintetizati prin metode biochimice catalizate de proteine. Scopul abiogenezei este sa afle care dintre aceste molecule organice au aparut mai intai si cum au format prima forma de viata de pe Terra.
In orice teorie a abiogenezei, sunt luate in considerare doua aspecte ale vietii: replicarea si metabolismul. Intrebarea “care a fost mai intai” impart aceste teorii in doua categorii.
Primele forme de viata au fost procariotele formate dintr-o singura celula. Procariotele nu aveau o membrana ca sa inconjoare informatia genetica. Cea mai veche forma de viata descoperita dateaza de acum 3,5 miliarde de ani, aproximativ dupa 1 miliard de ani de la nasterea Terrei.
Inca nu se cunoaste exact cum s-a dezvoltat primul acid nucleic, desi exista cateva ipoteze destul de plauzibile.
Chiar si cea mai simpla celula vie contine sute de proteine care in marea majoritate sunt esentiale pentru functionarea sa. Spre deosebire de modelul creationist, evolutia a fost greoaie iar modificarile nu s-au observat peste noapte. Conditiile si sinteza moleculelor organice au fost revizuite, si au fost studiate cateva modele referitoare la aparitia vietii.
Stiinta ne-a aratat cum a evoluat Universul, de la particulele fundamentale care-l alcatuiesc pana la structuri complexe. La fel s-a intamplat si in cazul vietii, unde un singur stramos comun a dat nastere tuturor formelor de viata de pe Terra.
Dovezi experimentale
Experimentele in laborator ajuta biologii sa inteleaga cum sunt implicate moleculele de ARN in evolutia vietii. Practic, daca o anumita reactie chimica se petrece in laborator in conditii similare cu cele de acum 4 miliarde de ani, inseamna ca si atunci, acea reactie chimica a avut loc si ar fi putut avea un rol esential in aparitia vietii pe Terra. De la experimentul lui Miller si Urey, multi cercetatori au realizat experimente folosind conditii mai precise de testare, si au aplicat mai multe scenarii pentru acele reactii. Toate experimentele au adus la rezultate similare si un lucru este cert: moleculele complexe au putut fi create in conditiile primitive ale Terrei de acum 4 miliarde de ani.
Viata a aparut acum miliarde de ani si a evoluat in tot acest timp. Pentru noi, care practic abia am deschis ochii, este dificil de a aduna atatea date, iar multe dovezi relevante au fost deja pierdute. Multe gauri au fost umplute si multe descoperiri ne-au ajutat sa reintregim tabloul originii si evolutiei vietii, insa mai sunt foarte multe de aflat.
Experimentul Miller-Urey
John Haldane si Aleksander Oparin au venit cu ipoteza ca in urma cu milioane de ani in urma atmosfera Pamantului nu continea oxigen. In aceste conditii dificile, compusii organici s-ar fi putut dezvolta din simple molecule sub actiunea unei surse puternice de energie, cum ar fi radiatia ultravioleta sau fulgerele. Haldane a sugerat ca oceanul ar fi putut fi un fel de “supa primordiala” in care s-ar fi dezvoltat compusii organici. Astfel, Miller si Urey s-au hotarat sa testeze aceasta ipoteza. Experimentul s-a efectuat in anul 1952 si publicat in 1953 de catre Stanley Miller si Harold Urey, la Universitatea din Chicago.
Dupa moartea lui Miller in anul 2007, oamenii de stiinta au descoperit ca de fapt, s-au creat peste 20 de aminoacizi diferiti in experimentul lui Miller. Un numar mult mai mare decat a raportat acesta. Mai mult, atmosfera de acum aproape 4 milioane de ani era putin diferita fata de cea din experiment, continand – datorita eruptiilor vulcanice – si dioxid de carbon, nitrogen si dioxid de sulf, iar experimentele realizate si cu acestea din urma, au produs chiar si mai multe molecule diverse.
In experiment s-a folosit apa, metan, amoniac si hidrogen. Au fost inchise intr-un tub steril de sticla sub forma de bucla inchisa. Tubul era alcatuit din doua sectiuni majore, una care a fost umpluta cu apa, iar cealalta avand doi electrozi. Apa era incalzita pentru a se evapora, iar electrozii simulau fulgerul trecand prin atmosfera (prin vaporii de apa). Apoi atmosfera era racita din nou pentru ca apa sa se condenseze, iar ciclul se repeta din nou.
Dupa doar o zi, mixtura capatase o culoare roz. Dupa o saptamana, Urey si Miller au constatat existenta compusilor organici, printre care si amoniacizi: glicocol, alanina si acid glutamic. 10-15% din carbon se regasea sub forma de compusi organici.
http://www.descopera.org/originea-vietii/
