poniedziałek, 27 lutego 2012

Ciepłe bajorko Darwina


Teoria doboru naturalnego, sformułowana pierwotnie przez Darwina, jest w tej chwili podstawową teorią nauk przyrodniczych, paradygmatem naukowym. Dzięki temu, Darwin i jego dzieło, stali się też przedmiotem nieustannej krytyki i obstrzału różnych środowisk. Naukowych i para(pseudo)naukowych. Nie będę już pisał o kreacjonistach zaciekle atakujących Darwina, bo szkoda mi klawiatury. Wspomnę tylko, że wśród dziesięciu największych wpadek Darwina, jego chrześcijańscy adwersarze na pierwszym miejscu wymieniają teorię bajorka Darwina. Tymczasem, nowe dane wskazują na to, że Darwin mógł mieć rację i w tym względzie. O co chodzi?

Bajorko Darwina

Darwin rozmyślał nad powstaniem życia na Ziemi i hipotetyczne miejsce powstania życia streścił w korespondencji do Josepha Hookera tak:
..w jakimś ciepłym bajorku zawierającym wszystkie rodzaje soli amonowych i fosforanowych, zaopatrzonym w ciepło, światło, elektryczność itp. (..in some warm little pond with all sorts of ammonia and phosphoric salts, light, heat, electricity etc.)
Z biegiem czasu i napływu informacji o warunkach panujących na Ziemi w początkach istnienia życia, zdano sobie sprawę, że z tym bajorkiem - jak wynika z definicji bajorka (ang. little pond), płytkim - może być problem. Największym problemem i wrogiem struktur organicznych ok. 4 mld lat temu było śmiertelne promieniowanie kosmiczne (gamma, UV). Potrzeba było jakiejś osłony. Znaleziono ją w kolumnie wody oceanicznej.

Badania dna oceanicznego i odkrycie kominów wulkanicznych wyrzucających z siebie gorący, zmineralizowany roztwór (ang. hydrothermal vents), wokół których rozwijało się bardzo bujne życie sprawiło, że właśnie tam zaczęto poszukiwać początków życia. Osłoną przed szkodliwym promieniowaniem był słup wody (powiedzmy, że mógł mieć 1000 m). Tym zgrabnym ruchem uzyskaliśmy wszystko, lub prawie wszystko, czego potrzeba do stworzenia aminokwasów, cukrów, białek, RNA, DNA i pierwszych komórek. Jednak do czasu..

A jednak bajorko

Środowiska wokół podmorskich kominów wulkanicznych nie są idealnym miejscem do powstania życia. Przede wszystkim zarzucano im zbyt małe stężenie związków nieorganicznych, które wyrzucane bezpośrednio do wody, od razu są w niej rozpuszczane i rozprowadzane po całym oceanie. Ostatnio też zwrócono uwagę na to, że wszystkie środowiska wodne na Ziemi (obecne i kopalne) zawierają znacznie mniej potasu, sodu, cynku i manganu niż potrzeba do budowy podstawowej komórki organicznej (Mulkidjanian et al., 2012).

Czy tak wyglądało bajorko Darwina? (fot. Mila Zinkova CC-BY-SA)
Pierwsze żywe komórki najprawdopodobniej nie posiadały skomplikowanych mechanizmów utrzymywania stężenia jonów wewnątrz komórki na odpowiednim poziomie, niezależnie od otoczenia. Dlatego też zakłada się, że środowisko, w którym żyły pierwsze komórki, dysponowało takim stężeniem roztworu, jaki był wewnątrz komórki.

Z analiz przeprowadzonych przez Mulkidjaniana i in. (2012) wynika, że protokomórki wymagały silnego stężenia cynku, manganu, fosforu oraz wysokiego stosunku jonów potasu do sodu. Czegoś takiego nie znajdziemy w środowisku morskim. Za to bardzo odpowiada to lądowym środowiskom powierzchniowych wypływów ciepłych, zmineralizowanych wód podziemnych (wypływom wód hydrotermalnych) - właśnie takim ciepłym, darwinowskim bajorkom.
Tak mogło wyglądać środowisko powstania życia na Ziemi, płytkie bajorka, zasilane gorącymi, podziemnymi źródłami. Żel wytrącany ze zmineralizowanej wody pomagał chronić żywe komórki przed szkodliwym promieniowaniem UV i gamma (Mulkidjanina et al., 2012).
Autorzy cytowanego artykułu widzą to w ten sposób, że wczesne stadium przedkomórkowe powstało w skondensowanym i wystygłym żelu, który wytrącił się z podziemnego, gorącego źródła w płytkim, powierzchniowym zbiorniku. I w tym żelu doszło do mieszania z minerałami krzemianowymi, siarczkami metali oraz wzbogacaniu w potas, cynk i fosfor. Tak jak w Yellowstone - patrz foto powyżej :)

Źródła:
Mulkidjanian, A., Bychkov, A., Dibrova, D., Galperin, M., & Koonin, E. (2012). PNAS Plus: Origin of first cells at terrestrial, anoxic geothermal fields Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1117774109

Fot. w nagłówku: Jim Peaco (CC-BY)

6 komentarze:

"Teoria doboru naturalnego Darwina jest w tej chwili podstawową teorią nauk przyrodniczych, paradygmatem naukowym."

Uważam, że popularyzatorzy nauki powinni w końcu z tym skończyć. Teoria ewolucji jest już rozwijana od ponad półtora wieku i obecnie trudno nazywać ją teorią Darwina.
To tak, jakby współczesną kosmologię nazywać kopernikanizmem.
No dobra - może coś w tym jest :P, ale sami rozumiecie.

A dlaczego by mieli kończyć? Jest darwinizm, neodarwinizm, lamarkizm itp. i to są dość wygodne w stosowaniu pojęcia.

Owszem, zgadzam się.
Ale są to dosyć precyzyjne pojęcia i powinny one być stosowane prawidłowo.
Współczesną teorię ewolucji można określić jako neodarwinizm (chociaż niektórzy naukowcy nawet z tym się nie zgadzają).
Jednak nazywanie jej darwinizmem czy teorią Darwina jest sporym przekłamaniem - teoria Darwina ma naprawdę niewiele wspólnego z obecnym stanem wiedzy na temat ewolucji. Trochę z niej odrzuciliśmy, a dodaliśmy bardzo dużo.
Rozumiem, że zastosował pan pewien skrót myślowy i w zasadzie nie przeszkadza mi to zbytnio (chociaż ja sam tego unikam), ale odpowiadam teraz tylko na pańskie pytanie. Myślę, że mówienie, że "teoria doboru naturalnego Darwina jest w tej chwili podstawową teorią nauk przyrodniczych" jest wprowadzaniem w błąd. Była to niewątpliwie przełomowa teoria i na jej podstawie zbudowano teorie, które w tej chwili są podstawą nauk przyrodniczych, ale sama teoria Darwina ma wartość tylko historyczną.
Poza tym, zwykły obywatel mógłby odnieść mylne wrażenie, że ciągle polegamy na XIX-wiecznej teorii i że od tamtego czasu biolodzy nie posunęli się ani trochę na przód ;) .

Ale to tylko taka drobna uwaga. Sam artykuł bardzo mi się podoba :) .

Zgadzam się, że w tym pierwszym zdaniu zawarte jest duże uproszczenie. Może faktycznie zabrakło tam dodatkowo "sformułowana pierwotnie przez Darwina".
Dziękuję za sugestię, uzupełnię to pierwsze zdanie.
:)

Panie Mariuszu, moim wykształceniem daleko odbiegam od poziomu NAUKOWEJ wiedzy, w popperowskim sensie tego słowa, na waszym blogu. Jestem religioznawcą (UJ), filozofem (Papieska Akademia Teologiczna w Krakowie) i teologiem (Oxford). Pana artykuł, za który dziękuję, wyszukałem aby bardziej kompetentnie dyskutować z moim synem (mikrobiolog na 3-cim roku, Oxford) w kwestiach biogenezy. Jednak w Pana toku myślenia czegoś nie rozumiem.

Najpierw pisze Pan: Z biegiem czasu i napływu informacji o warunkach panujących na Ziemi w początkach istnienia życia, zdano sobie sprawę, że z tym bajorkiem - jak wynika z definicji bajorka (ang. little pond), płytkim - może być problem. Największym problemem i wrogiem struktur organicznych ok. 4 mld lat temu było śmiertelne promieniowanie kosmiczne (gamma, UV). Potrzeba było jakiejś osłony. Znaleziono ją w kolumnie wody oceanicznej.

I ten argument rozumiem.

A potem pisze Pan: Z analiz przeprowadzonych przez Mulkidjaniana i in. (2012) wynika, że protokomórki wymagały silnego stężenia cynku, manganu, fosforu oraz wysokiego stosunku jonów potasu do sodu. Czegoś takiego nie znajdziemy w środowisku morskim. Za to bardzo odpowiada to lądowym środowiskom powierzchniowych wypływów ciepłych, zmineralizowanych wód podziemnych (wypływom wód hydrotermalnych) - właśnie takim ciepłym, darwinowskim bajorkom.

Tego argumentu nie rozumiem bo nie mówi on nic o kwestii "osłony" płytkiego bajorka Darwina, koniecznej dla ochrony przed "śmiertelnym promieniowaniem kosmicznym (gamma, UV)", którą dawało dno oceanu.

Będę wdzięczny za przystępne wyjaśnienie jak Mulkidjanian, A., Bychkov, A., Dibrova, D., Galperin, M., & Koonin, E. rozwiązali ten problem.

Dziękuję za komentarz. Silne stężenie jonów cynku, mangany itp. jest bardzo trudne do uzyskania w otwartym zbiorniku oceanicznym, gdyż jony takie są rozpuszczane i rozpraszane w olbrzymiej ilości wody oceanicznej. Przy założeniu, że składniki mineralne dostarczane były przez gorące podmorskie źródła (kominy hydrotermalne), należyte stężenie mogło występować tylko przy samym wylocie komina, gdzie temperatura jest jednak bardzo wysoka. Nieco dalej stężenie jest już bardzo niskie, z ww. powodów. Natomiast ochrona przed promieniowaniem UV w płytkich bajorkach możliwa była dzięki siarczkom cynku i manganu oraz krzemianom, które wytrącały się na drodze chemicznej z roztworu. Autorzy twierdzą, że taka osłona jest bardziej wydajna niż kolumna wody morskiej.
Gdyby był Pan zainteresowany wersją pdf artykułu, mogę podesłać na wskazany adres e-mail.

Prześlij komentarz

Szanowni Czytelnicy!
Zachęcam Was gorąco do komentowania wpisów na blogu i jednocześnie zachęcam równie gorąco do korzystania z tagów HTML, szczególnie przy wklejaniu linków do stron internetowych.

Oto kilka przykładów tagów HTML obsługiwanych przez bloggera:
link - a href=
wytłuszczenie - b
kursywa - i