Ciepłe bajorko Darwina

Teoria doboru naturalnego 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)

Posted in: archaik,ewolucja,paleontologia,powstanie życia