Livets oprindelse – fra Darwin til nu, 3

Her kommer tredje del af en let forståelig gennemgang af forskningen i livets oprindelse, sådan som den har foregået fra Darwins tid frem til nu. De første to afsnit kan læses her og her. Jeg fortsætter med diskussionen af nogle af de vanskeligheder, som teorier om livets oprindelse er stødt ind i efter Miller-Urey forsøget i 1953.

Kemisk evolution i bakgear

En anden vanskelighed ved forsøg som Millers er at forklare, hvordan de kemiske forbindelser, der blev dannet, ikke med det samme blev ødelagt. I sit eksperiment fjernede og isolerede Miller de kemiske forbindelser fra gnistudladningen med henblik på efterfølgende analyse. I naturen er der ingen, der fjerner sådanne forbindelser. Den samme energikilde, der skabte forbindelserne, ville efter al sandsynlighed også hurtigt have ødelagt dem.

Forstyrrende krydsreaktioner

Nok resulterede Millers eksperiment i aminosyrer, men der opstod også en masse andre forbindelser. De fleste af disse var irrelevante og i mange tilfælde giftige for liv, som vi kender det. Hvad ville have forhindret aminosyrerne på den tidlige jord i at reagere med disse giftige forbindelser? Igen er det nemt at løse problemet i et laboratorium: Man isolerer blot aminosyrerne. Men et laboratorium er ingen realistisk simulering af naturen.

Inde i en celle forbinder aminosyrer sig med andre aminosyrer ved hjælp af enzymer og danner proteiner. Men uden enzymerne som katalysatorer er aminosyrer ikke særligt villige til at forbinde sig med hinanden, men i stedet meget mere tilbøjelige til at kombinere sig med andre ting, eksempelvis sukkermolekyler. Dette betyder, at i et miljø, hvor aminosyrer så at sige er frie til at vælge, kombinerer de sig generelt med andre forbindelser end aminosyrer i alle former for krydsreaktioner og står således ikke længere til rådighed til noget, der er biologisk relevant. Det er grunden til, at Stanley Millers forsøg og forsøg i samme stil i overvejende grad har frembragt store mængder af ikke-biologisk ”mudder” (hovedsageligt tjærer). Millers vejleder, Dr. Harold Urey, kaldte disse forbindelser ”beilstein”, et ord, der refererer til et altomfattende leksikon over alle kendte organiske forbindelser. I virkeligheden er det forudsigeligt, at eksperimenter som Millers vil producere en lille mængde aminosyrer, siden sådanne eksperimenter er sikre på at skabe et helt spektrum af simple organiske forbindelser.

For at Oparins model over livets oprindelse skal holde, må simple biologiske forbindelser have eksisteret i en koncentreret form (en ”præbiotisk suppe”), før de kunne have kombineret sig for at danne de komplekse biologiske makromolekyler, der er nødvendige for liv. Men intet tyder på, at naturen kan koncentrere simple kemiske forbindelser og senere have dem til at arrangere sig selv til store komplekse molekyler. På samme måde har geologerne aldrig fundet noget, der antyder, at sådanne koncentrationer og omstruktureringer af molekyler og makromolekyler nogensinde har fundet sted. Der er talrige leraflejringer rundt om i verden, hvor spor af en præbiotisk suppe skulle være bevaret, hvis den havde eksisteret, men sådanne spor finder man ikke. I The Mystery of Life’s Origin skriver Thaxton, Bradley og Olsen:

“De tidligste prækambriske aflejringer skulle forventes at indeholde usædvanligt store mængder af kulbrinter eller kulstofrester deraf [hvis der nogensinde havde været en præbiotisk suppe]. Det gør de imidlertid ikke.”[i]

Brooks og Shaw skrev på samme måde i Origin and Development of Living Systems:

“Hvis der nogensinde har været en primitiv suppe, skulle vi forvente i det mindste et eller andet sted på Jorden at finde enten omfattende sedimenter, der indeholder enorme mængder af de forskellige kvælstofholdige organiske forbindelser, aminosyrer, puriner, pyrimidiner og ting i den stil … I virkeligheden er sådanne materialer aldrig blevet fundet noget sted på Jorden.”[ii]

Giv mig den rigtige hånd 

Aminosyrer forekommer i to former, nemlig ”venstredrejede” og ”højredrejede” syrer. Tag et par handsker. Den højre handske og den venstre handske er identiske bortset fra, at de er hinandens spejlbilleder. På samme måde har venstredrejede og højredrejede aminosyrer samme kemiske formel og opbygning, men er spejlbilleder af hinanden. Når aminosyrer dannes enten i laboratorier eller i naturen (undtagen i levende celler), opstår der en lige stor mængde af venstre- og højredrejede aminosyrer. Men når proteiner samles i levende celler, indgår der med sjældne undtagelser kun venstredrejede aminosyrer.

Ingen ved, hvorfor aminosyrer kun forekommer i en af to mulige former i levende organismer. Hvis liv er resultat af ikke-styret kemi, må der findes en naturlig kemisk proces, der udvælger den ene form af aminosyren og fuldstændigt udelukker den anden. På nuværende tidspunkt har man ikke kendskab til en sådan proces.

Det samme gælder for de sukkermolekyler, der danner rygraden i DNA og RNA. Selv om der dannes lige mange højredrejede og venstredrejede sukkermolekyler i laboratorieforsøg såvel som i naturen (dvs. uden for levende celler), bruger celler kun højredrejede sukkermolekyler, når de opbygger DNA og RNA.

Opbygning af polymererne 

Proteiner, DNA og RNA er alle lange molekylekæder, der kaldes ’polymerer’. Hvilken biologisk funktion, polymerer udfører, afhænger af den præcise rækkefølge af de enkelte led (monomererne) i kæderne. Proteiner, der består af kæder af aminosyrer, er i gennemsnit flere hundrede aminosyrer lange, imens DNA kan bestå af millioner af nukleotider. Lad os antage, at vi har fremstillet byggestenene i et laboratorium med en stor mængde af de rigtige sukkermolekyler (højredrejet eller D-sukker) og den rigtige slags aminosyrer (venstredrejede eller L-aminosyrer). Først nu begynder det virkelige konstruktionsarbejde. L-aminosyrer skal forbindes i den rigtige rækkefølge for at danne proteiner, og nukleobaserne skal forbindes med en D-sukker-fosfat rygrad for at danne DNA og RNA.

I proteiner, der formes i levende celler, er aminosyrer forbundet med hinanden med peptid-bindinger. Aminosyrer kan også reagere og forbinde sig med hinanden på andre måder, men levende organismer bruger kun peptidbindinger. Ingen ved hvorfor. Ydermere skal deres bindinger være lineære. Selv om proteiner i princippet kan have bindinger i flere retninger, hvilket er almindeligt i ikke-biologiske sammenhænge, har de det ikke. Og aminosyrerne skal være arrangeret i en bestemt orden. Der er tyve aminosyrer, der kan forbinde sig på utallige måder. Men hvis deres kombination skal resultere i et funktionelt protein, skal de samles i en bestemt orden, ligesom bogstaver skal stå i en bestemt rækkefølge for at give meningsfyldte ord.

De samme restriktioner gælder for nukleotidernes rækkefølge i DNA. Kun én slags binding, en 3–5 fosfordiester-binding, er biologisk relevant, selv om andre bindinger er fuldt ud lige så mulige i ikke-biologiske sammenhænge.

Celler bruger kun de rigtige slags bindinger og arrangerer de enkelte enheder i den rigtige orden ved hjælp af enzymer og ribosomerne. Imidlertid forudsætter enzymer og ribosomer hele DNA-RNA-protein-maskineriet. Siden det er præcis dette, som forskningen i livets oprindelse forsøger at forklare, kan man selvfølgelig ikke starte med dette maskineri, hvis man vil forklare, hvordan det kom der til at begynde med. Næsten ingen forskere i livets oprindelse har så meget som forsøgt at forklare, hvordan dette høne-og-æg-arrangement opstod.

Disse eksempler giver blot en antydning af de konstant voksende problemer, som forskerne i livets oprindelse er rendt ind i. Stanley Miller indrømmede allerede i 1991: “Livets oprindelse har vist sig at være et meget mere vanskeligt problem, end jeg og de fleste andre havde forestillet os.”[iii]

(Fortsættes)

***

[i] The Mystery of Life’s Origin, Charles B. Thaxton, Walter L. Bradley og Roger L. Olsen, Lewis and Stanley 1992, s. 57.

[ii] J. Brooks and G. Shaw, Origin and Development of Living Systems, London and New York: Academic Press, 1973, s. 359.

[iii] Scientific American, Vol. 264 (2), 1991, s.100-109.