Nga Michael Marshall, 31 tetor 2016
Përktheu dhe përgatiti në shqip, Arben Çokaj
Kjo histori është pjesë e listës së BBC për Tokën “Më e mira për 2016″, rezultati më i madh i vitit. Shfletoni listën e plotë. (në anglisht)
Charles Blomfield “Tarracat e bardha, Rotomahana” (1897)
(Credit: PAINTING/Alamy Stock Photo)
Si filloi jeta në tokë? Nuk mund të ketë një pyetje më të madhe. Për pjesën më të madhe të historisë njerëzore, pothuajse të gjithë besonin se një version i “perëndive e bëri këtë”. Çdo shpjegim tjetër ishte i pakonceptueshëm.
Kjo nuk është më e vërtetë. Gjatë shekullit të kaluar, disa shkencëtarë janë përpjekur të kuptojnë se si mund të ketë dalë jeta e parë. Ata madje u përpoqën të rikrijojnë këtë moment Zanafille në laboratorët e tyre: të krijojnë një jetë krejt të re nga e para.
Deri më tani askush nuk e kanë arritur atë, por kemi arritur një rrugë të gjatë. Sot, shumë nga shkencëtarët që studiojnë origjinën e jetës janë të bindur se janë në rrugën e duhur – dhe kanë eksperimente për ta mbështetur besimin e tyre.
Kjo është historia e përpjekjes sonë për të zbuluar origjinën tonë të fundit. Kjo është një histori e obsesionit, luftës dhe krijimtarisë së shkëlqyer, e cila përfshin disa nga zbulimet më të mëdha të shkencës moderne. Përpjekja për të kuptuar fillimet e jetës ka dërguar burra dhe gra në skajet më të largëta të planetit tonë. Disa nga shkencëtarët e përfshirë janë shtangur si përbindësha, ndërsa të tjerët duhej të bënin punën e tyre nën thembra të qeverive brutale totalitare.
Kjo është historia e lindjes së jetës në Tokë.
Dinosaurët jetuan aktualisht mjaft kohë më parë (Credit: Oleksiy Maksymenko/Alamy)
Jeta është e vjetër. Dinosaurët ndoshta janë krijesat më të njohura të zhdukura dhe fillimet e tyre kanë qenë 250 milionë vjet më parë. Por jeta daton shumë më tej.
Fosilet më të vjetër të njohur janë rreth 3.5 miliardë vjeç, 14 herë më të vjetër se dinosaurët më të vjetër. Por të dhënat fosile mund të shtrihen përsëri më tej. Për shembull, në gusht të vitit 2016, hulumtuesit gjetën ato që duket të jenë fosile të fosilizuara që datojnë 3.7 miliardë vjet më parë.
Këto modele të valëzuara mund të jenë fosile 3.7 miliardë vjeçare
(Credit: Nutman et al, Nature)
Vetë Toka nuk është shumë më e vjetër, duke u formuar 4.5 miliard vjet më parë.
Nëse supozojmë se jeta e formuar në Tokë – e cila duket e arsyeshme, duke pasur parasysh se nuk e kemi gjetur akoma diku tjetër – atëherë duhet të ketë bërë kështu në miliarda vjet midis Tokës që po lindte dhe ruajtjes së fosileve më të vjetra të njohura.
Si dhe duke u fokusuar kur filloi jeta, ne mund të arrijmë në një mendim të arsimuar, në atë që ishte.
Pema e jetës: shumica e degëve janë baktere
(Credit: Hug, Banfield et al, Nature Microbiology)
Që nga shekulli i 19-të, biologët kanë njohur se të gjitha gjallesat janë bërë nga “qelizat”: çanta të vogla të materialit të gjallë, që vijnë në forma dhe madhësi të ndryshme. Qelizat u zbuluan së pari në shekullin e 17-të, kur u zbuluan mikroskopët e parë modernë, por u desh më shumë se një shekull për të kuptuar se ata ishin baza e gjithë jetës.
Duke përdorur vetëm materialet dhe kushtet e gjetura në Tokë mbi 3.5 miliard vjet më parë, ne duhet të bëjmë një qelizë
Ju nuk mund të mendoni se ju duken shumë si një mustak ose një rex Tyrannosaurus, por një mikroskop do të zbulojë se të gjithë ju jeni bërë nga qeliza mjaft të ngjashme. Kështu janë edhe bimët dhe kërpudhat.
Por, deri tani, format më të shumta të jetës janë mikroorganizmat, secila prej të cilave përbëhet nga vetëm një qelizë. Bakteret janë grupi më i famshëm dhe gjenden kudo në Tokë.
Në prill të vitit 2016, shkencëtarët paraqitën një version të përditësuar të “pemës së jetës”: një lloj peme familjare për çdo specie të gjallë. Pothuajse të gjitha degët janë baktere. Për më tepër, forma e pemës sugjeron se një bakter është paraardhësi i përbashkët i të gjithë jetës. Me fjalë të tjera, çdo gjë e gjallë – përfshirë edhe ju – përfundimisht zbritet te një bakter.
Kjo do të thotë që ne mund ta përcaktojmë më saktë problemin e origjinës së jetës. Duke përdorur vetëm materialet dhe kushtet e gjetura në Tokë mbi 3.5 miliard vjet më parë, ne duhet të bëjmë një qelizë.
Epo, sa e vështirë mund të jetë?
Një qelizë e plotë, e gjallë (Credit: Equinox Graphics Ltd)
Kapitulli 1. Eksperimentet e para
Për pjesën më të madhe të historisë, nuk konsiderohej me të vërtetë e nevojshme për të pyetur se si filloi jeta, sepse përgjigja dukej e dukshme.
Para viteve 1800, shumica e njerëzve besonin në “vitalizmin”. Kjo është ideja intuitive se gjërat e gjalla ishin të pajisura me një pasuri të veçantë magjike, që i bënte ata të ndryshëm nga sendet e pajetë.
Kimikatet e jetës mund të bëhen të gjitha nga kimikate më të thjeshta që nuk kanë të bëjnë me jetën
Vitalizmi shpesh lidhej me besimet fetare të çmuara. Bibla thotë se Perëndia përdori «frymën e jetës» për të animuar njerëzit e parë dhe shpirti i pavdekshëm është një formë vitalizmi.
Ekziston vetëm një problem. Vitalizmi është i gabuar.
Deri në fillim të viteve 1800, shkencëtarët kishin zbuluar disa substanca, që dukeshin të jenë unike për jetën. Një kimik i tillë ishte ure, e cila gjendet në urinë dhe u izolua në 1799.
Kjo ishte akoma, e drejtë, e pajtueshme me vitalizmin. Vetëm gjërat e gjalla dukeshin të jenë në gjendje t’i bëjnë këto kimikate, kështu që ndoshta ata ishin të mbushur me energji jetësore dhe kjo ishte ajo që i bëri ata të veçantë.
Por në 1828, kimisti gjerman Friedrich Wöhler gjeti një mënyrë për të bërë ure nga një kombinim kimik i zakonshëm i quajtur cianati i amoniakut, i cili nuk kishte lidhje të dukshme me gjallesat. Të tjerë e ndoqën gjurmët e tij dhe shpejt u zbulua se kimikatet e jetës mund të bëhen të gjitha nga kimikate më të thjeshta, që nuk kanë të bëjnë me jetën.
Kimisti gjerman Friedrich Wöhler, në një litografi nga Rudolf Hoffmann më 1856
Ky ishte fundi i vitalizmit si një koncept shkencor. Por njerëzit e gjetën atë thellësisht të vështirë për t’u larguar nga ideja. Për shumë njerëz, duke thënë se nuk ka asgjë “të veçantë” në lidhje me kimikatet e jetës dukej se vjedh jetën e magjisë së saj, për të na zvogëluar në makina të thjeshta. Gjithashtu, natyrisht, kjo kundërshtoi edhe Biblën.
Misteri i origjinës së jetës është injoruar për dekada të tëra
Edhe shkencëtarët kanë luftuar për të hequr vitalizmin. Deri në vitin 1913, biokimisti anglez Benjamin Moore po nxiste me zell një teori të “energjisë biotike“, e cila ishte në thelb vitalizëm nën një emër tjetër. Ideja kishte një mbërthim të fortë emocional.
Sot ideja ngjitet në vende të papritura. Për shembull, ka shumë tregime shkencore-fiction në të cilat “energjia e jetës” e një personi mund të rritet ose të largohet. Mendoni për “energjinë e rigjenerimit” që përdoret nga Zotëruesit e Kohës në Doctor Who, e cila madje mund të ngrihet në qoftë se shkon ulët. Kjo ndjehet futuriste, por është një ide e modës së vjetër.
Sidoqoftë, pas 1828, shkencëtarët kishin arsye legjitime të kërkonin një shpjegim jo-hyjnor se si u krijua jeta e parë. Por ata nuk e bënë. Duket sikur një subjekt i qartë për t’u eksploruar, por në të vërtetë misteri i origjinës së jetës është injoruar për dekada të tëra. Ndoshta të gjithë ishin ende tepër të lidhur emocionalisht me vitalizmin për të ndërmarrë hapin tjetër.
Charles Darwin tregoi se e gjithë jeta ka evoluar nga një paraardhës i thjeshtë, i përbashkët
Në vend të kësaj, zbulimi i madh biologjik i shekullit të 19-të ishte teoria e evolucionit, siç u zhvillua nga Charles Darwin dhe të tjerët.
Darvini e dinte se ishte një çështje e thellë
Teoria e Darvinit, e paraqitur në “Nga origjina e specieve” në vitin 1859, shpjegoi se si shumëllojshmëria e madhe e jetës mund të dilte nga një paraardhës i vetëm, i përbashkët. Në vend të secilës prej llojeve të ndryshme që u krijuan individualisht nga Perëndia, të gjithë ishin prej një organizmi fillestar, që jetonin miliona vjet më parë: paraardhësi i fundit universal i përbashkët.
Kjo ide provoi jashtëzakonisht të diskutueshme, përsëri për shkak se ajo ishte në kundërshtim edhe me Biblën. Darvini dhe idetë e tij u vunë nën një sulm të egër, veçanërisht nga të krishterët e zemëruar.
Teoria e evolucionit nuk tha asgjë rreth asaj se si u krijua ai organizëm i parë.
Darwin habitej, nëse jeta ka filluar në një “pellg të vogël uji të ngrohtë”
(Credit: Linda Reinink-Smith/Alamy)
Darvini e dinte se ishte një çështje e thellë, por – ndoshta i kujdesshëm për fillimin e një lufte tjetër me Kishën – ai duket se e ka diskutuar çështjen në një letër të shkruar në 1871. Gjuha e tij e ngazëllyer zbulon se e dinte rëndësinë e thellë të pyetjes :
Hipoteza e parë për origjinën e jetës u shpik në një vend të egër totalitar
“Por nëse (dhe sa gjë e madhe kjo nëse) ne mund të krijojmë në një pellg të ngrohtë të vogël me të gjitha llojet e amoniakut dhe kripërave fosforike, dritë, nxehtësi, energji elektrike &c prezente, ajo përbërje proteinash u formua kimikisht, e gatshme të ndërmarrë ndryshime të mëtejshme komplekse…”
Me fjalë të tjera, çka nëse ka qenë dikur një trup i vogël uji, i mbushur me komponime të thjeshta organike dhe të larë në rrezet e diellit. Disa nga këto komponime mund të kombinohen për të formuar një substancë të ngjashme me jetën si një proteinë, e cila pastaj mund të fillojë të evoluojë dhe të bëhet më komplekse.
Ishte një ide e çuditshme. Por do të bëhej baza e hipotezës së parë për mënyrën se si filloi jeta.
Kjo ide doli nga një vend i papritur. Ju mund të mendoni se kjo pjesë e guximshme e të menduarit të lirë do të ishte zhvilluar në një vend demokratik, me një traditë të fjalës së lirë: ndoshta në Shtetet e Bashkuara. Por në fakt hipoteza e parë për origjinën e jetës u shpik në një vend të egër totalitar, ku u mënjanua mendimi i lirë: BRSS.
Alexander Oparin jetoi dhe punoi në USSR (Credit: Sputnik/Science Photo Library)
Në Rusinë e Stalinit, gjithçka ishte nën kontrollin e shtetit. Kjo përfshinte idetë e njerëzve, madje edhe në tema – si biologjia – që duken të palidhura me politikën komuniste.
Oparin imagjinonte se çfarë ishte Toka kur sapo u formua
Më të famshmja, Stalini në mënyrë efektive i ndaloi shkencëtarët të studiojnë gjenetikë konvencionale. Në vend të kësaj ai vuri në dukje idetë e një punëtori të fermës me emrin Trofim Lysenko, të cilat ai mendonte se ishin më në përputhje me ideologjinë komuniste. Shkencëtarët që punojnë në gjenetikë janë të detyruar të mbështesin publikisht idetë e Lysenkos, ose rrezikojnë të përfundojnë në një kamp pune.
Ishte në këtë mjedis shtypës ku Aleksandër Oparin kreu hulumtimet e tij në biokim. Ai ishte në gjendje të vazhdonte të punonte sepse ishte një komunist besnik: ai përkrahu idetë e Lysenkos dhe madje mori Urdhrin e Leninit, dekorimin më të lartë që mund t’i jepej dikujt që jetonte në BRSS.
Në vitin 1924, Oparin botoi librin e tij Origjina e Jetës. Në të ai krijoi një vizion për lindjen e jetës që ishte shumë e ngjashme me pellgun e ngrohtë të Darvinit.
Oqeanët u krijuan pasi Toka u ftohur (Credit: Richard Bizley/Science Photo Library)
Oparin imagjinonte se çfarë ishte Toka kur sapo u formua. Sipërfaqja ishte tepër e nxehtë, ndërsa gurët nga hapësira binin mbi të dhe zhyteshin poshtë dhe shkriheshin. Ishte një rrëmujë me shkëmbinj gjysmë të shkrirë, që përmbante një gamë të madhe të kimikateve – duke përfshirë shumë elemente me bazë karboni.
Nëse ju shikoni coacervates1) nën një mikroskop, ata sillen si qelizat e gjalla të shtangura
Përfundimisht, Toka u ftoh dhe avujt e ujit u ngjeshë në ujë të lëngshëm dhe ra edhe shiu i parë. Shumë kohë para se Toka të kishte oqeane, të cilat ishin të nxehta dhe të pasura me kimikate me bazë karboni. Tani dy gjëra mund të ndodhin.
Së pari, kimikatet e ndryshme mund të reagojnë me njëri-tjetrin për të formuar shumë komponime të reja, disa prej të cilave do të ishin më komplekse. Oparin mendonte se molekulat në qendër të jetës, si sheqernat dhe aminoacidet, të gjitha mund të formoheshin në ujërat e Tokës.
Së dyti, disa nga kimikatet filluan të formojnë struktura mikroskopike. Shumë kimikate organike nuk treten në ujë: për shembull, vaji formon një shtresë në majë të ujit. Por, kur disa nga kimikatet kontaktojnë me ujë, ato formojnë globula sferike të quajtura “coacervates”, të cilat mund të jenë deri në 0.01 cm (0.004 inç).
Nëse ju shikoni coacervates nën një mikroskop, ata sillen si qelizat e gjalla të shtangura. Ata rriten dhe ndryshojnë formën, dhe nganjëherë ndahen në dy. Ata gjithashtu mund të marrin kimikate nga uji përreth, kështu që kimikatet e ngjashme me jetën mund të përqendrohen brenda tyre. Oparin propozoi që coacervates ishin paraardhësit e qelizave moderne.
Ideja që organizmat e gjallë mund të formohen nga mjete të thjeshta kimike, pa një zot apo edhe një “forcë të jetë”, ishin radikale
Pesë vjet më vonë në vitin 1929, biologu anglez J. B. S. Haldane propozoi në mënyrë të pavarur disa ide shumë të ngjashme në një artikull të shkurtër të botuar në Vjetorën Racionaliste.
Haldani kishte bërë tashmë një kontribut të jashtëzakonshëm në teorinë e evolucionit, duke ndihmuar në integrimin e ideve të Darvinit me shkencën në zhvillim të gjenetikës.
Ai ishte gjithashtu një karakter më i madh se vetë jeta. Në një rast, ai pësoi një shpim të daulles së veshit, për shkak të disa eksperimenteve me dhomat e dekompresionit, por më vonë ai shkruante se: “daullet në përgjithësi shërohen, dhe nëse ka një vrimë në të, ndonëse është disi i shurdhër, dikush mund të nxjerrë tym duhani nga veshi në fjalë, gjë që është një arritje sociale“.
Ashtu si Oparin, Haldane përshkroi se si kimikatet organike mund të ndërtohen në ujë, “[deri sa] oqeanet primitive arritën konsistencën e supës së nxehtë të holluar“. Kjo krijoi skenën për “formimin e gjërave të para të gjalla ose gjysmë të gjalla” dhe për secilën prej tyre të mbyllet në “një film me vaj“.
Gjenetisti anglez J. B. S. Haldane (Credit: Science Photo Library)
Thuhet se nga të gjithë biologët në botë, Oparin dhe Haldane e propozuan këtë hipotezë. Ideja që organizmat e gjallë të formuara nga mjete thjesht kimike, pa një zot apo edhe një “forcë jete”, ishin radikale. Ashtu si teoria e evolucionit të Darvinit përpara kësaj, kjo e goditi në fytyrë krishterimin.
Kishte një problem. Nuk kishte ende dëshmi eksperimentale për ta mbështetur atë
Kjo i përshtatej BRSS-së mjaft mirë. Regjimi sovjetik ishte zyrtarisht ateist dhe liderët e saj ishin të etur për të mbështetur shpjegime materialiste për fenomenet e thella si jeta. Haldani ishte gjithashtu një ateist dhe një komunist i përkushtuar si fillim.
“Në atë kohë, për të pranuar ose jo këtë ide, varej kryesisht nga personalitetet: qofshin ato fetare ose qofshin ata që mbështesnin idetë e majtë apo komuniste“, thotë eksperti i origjinës Armen Mulkidjanian i Universitetit të Osnabrück në Gjermani. “Në Bashkimin Sovjetik, ata u pritën me kënaqësi, sepse nuk kishin nevojë për Perëndinë. Në botën perëndimore, nëse do të shikoni për njerëzit që mendonin në këtë drejtim, të gjithë ishin të majtë, komunistë e kështu me radhë“.
Ideja që jeta është formuar në një supë primordiale të kimikateve organike u bë e njohur si hipoteza Oparin-Haldane. Ishte e pastër dhe bindëse, por kishte një problem. Nuk kishte dëshmi eksperimentale për ta mbështetur atë. Kjo nuk do të arrijë pothuajse një çerek shekulli.
Harold Urey
(Credit: Emilio Segre Visual Archives/American Institute of Physics/Science Photo Library)
Në kohën kur Harold Urey u interesua për origjinën e jetës, ai tashmë kishte fituar çmimin Nobel të Kimisë në vitin 1934 dhe ndihmoi në ndërtimin e bombës atomike. Gjatë Luftës së Dytë Botërore, Urey punoi në Projektin Manhattan, duke mbledhur uraniumin e paqëndrueshëm 235 të nevojshëm për thelbin e bombës. Pas luftës ai luftoi për të mbajtur teknologjinë bërthamore nën kontroll civil.
Në vitin 1952, Milleri filloi eksperimentin më të famshëm mbi origjinën e jetës, që u përpoq ndonjëherë
Ai gjithashtu u interesua për kiminë e hapësirës së jashtme, veçanërisht atë që vazhdoi kur sistemi diellor po formohej. Një ditë ai dha një leksion dhe vuri në dukje se ndoshta nuk kishte oksigjen në atmosferën e Tokës kur u formua së pari. Kjo do të kishte ofruar kushte ideale për të formuar supë primare të Oparin dhe Haldane: kimikatet e brishta do të ishin shkatërruar nga kontakti me oksigjenin.
Një student i doktoraturës me emrin Stanley Miller ishte në audiencë dhe më vonë iu afrua Urey me një propozim: a mund ta provonin ata këtë ide? Urey ishte skeptik, por Milleri e bindi atë të merrej me këtë.
Pra, në vitin 1952, Milleri filloi eksperimentin më të famshëm mbi origjinën e jetës që u përpoq ndonjëherë.
Eksperimenti Miller-Urey (Credit: Francis Leroy, Biocosmos/Science Photo Library)
Vendosja ishte e thjeshtë. Milleri lidhi një seri flakash qelqi dhe qarkullonte katër kimikate, që ai dyshonte se ishin të pranishëm në Tokën e hershme: ujë të valë, gaz hidrogjeni, amoniak dhe metan. Ai i nënshtroi gazrat ndaj goditjeve të përsëritura elektrike, për të simuluar sulmet e rrufesë, që do të kishin qenë një dukuri e zakonshme në Tokë shumë kohë më parë.
Ju mund të shkoni në një atmosferë të thjeshtë dhe të prodhoni shumë molekula biologjike
Miller gjeti se “uji në balonë u bë dukshëm trëndafili pas ditës së parë dhe deri në fund të javës zgjidhja ishte e kuqe e thellë dhe e turbullt“. Është e qartë që është formuar një përzierje e kimikateve.
Kur Miller analizoi përzierjen ai gjeti se përmbante dy aminoacide: glycine dhe alanine. Aminoacidet shpesh përshkruhen si blloqet e ndërtimit të jetës. Ato përdoren për të formuar proteinat, që kontrollojnë shumicën e proceseve biokimike në trupin tonë. Milleri kishte bërë dy nga komponentët më të rëndësishëm të jetës, nga e para.
Rezultatet u publikuan në revistën prestigjioze Science në vitin 1953. Urey, në një veprim vetëmohues të pazakontë midis shkencëtarëve të vjetër, e mori emrin e tij nga letra, duke i dhënë kredi vetëm Miller për eksperimentin e arritjet. Përkundër kësaj, studimi njihet shpesh si “Eksperimenti Miller-Urey“.
Stanley Miller në laboratorin e tij (Credit: Science Photo Library)
“Forca e Miller-Urey është të tregojë se mund të shkosh nga një atmosferë e thjeshtë dhe të prodhosh shumë molekula biologjike“, thotë John Sutherland i Laboratorit të Biologjisë Molekulare në Kembrixh të Britanisë së Madhe.
Jeta qenka më e ndërlikuar, se ç’ishte menduar
Detajet treguan se ishin të gabuara, pasi studimet e mëvonshme treguan se atmosfera e hershme e Tokës kishte një përzierje të ndryshme të gazrave. Por kjo është pothuajse pranë pikës në fjalë.
“Ishte një masivizim ikonik, stimuloi imagjinatën e publikut dhe vazhdon të përmendet gjerësisht“, thotë Sutherland.
Pas eksperimentit të Millerit, shkencëtarë të tjerë filluan të gjejnë mënyra për të bërë molekula të thjeshta biologjike nga e para. Një zgjidhje për misterin e origjinës së jetës dukej e afërt.
Por më pas u bë e qartë se jeta ishte më e komplikuar sesa mendonte dikush. Qelizat e gjalla, doli, nuk ishin vetëm çanta me kimikate: ata ishin makina të ndërlikuara. Papritmas, duke e bërë një nga e para, filluan të duken si një sfidë shumë më e madhe, sesa shkencëtarët e kishin parashikuar.
Makineria brenda qelizave është e pabesueshme dhe intriguese
(Credit: Equinox Graphics Ltd)
Kapitulli 2. Polarizimi i madh
Nga fillim të viteve 1950, shkencëtarët ishin larguar nga supozimi i gjatë, që jeta ishte një dhuratë nga perënditë. Ata kishin filluar të shqyrtonin mundësinë që jeta të formohej spontanisht dhe natyrshëm në Tokën e hershme – dhe falë eksperimentit ikonik të Stanley Miller, ata madje kishin një mbështetje praktike për këtë ide.
Ndërsa Miller po përpiqej të bënte gjërat e jetës nga e para, shkencëtarë të tjerë po kuptonin se nga cilat gjene ishim bërë.
Deri në këtë kohë, shumë molekula biologjike ishin të njohura. Këto përfshinin sheqer, yndyrna, proteina – dhe acide nukleike të tilla si “acid deoxyribonucleic“, ose ADN për ta shkurtër.
Ata bënë një nga zbulimet më të mëdha shkencore të shekullit të 20-të
Sot ne e marrim si të mirëqenë se ADN-ja mbart gjenet tona, por kjo në fakt erdhi si një tronditje për biologët e viteve 1950. Proteinat janë më komplekse, kështu që shkencëtarët mendonin se ishin gjenet.
Kjo ide u hodh poshtë në vitin 1952 nga Alfred Hershey dhe Martha Chase nga Institucioni Carnegie i Uashingtonit. Ata studiuan viruse të thjeshta që përmbajnë vetëm ADN dhe proteina dhe të cilat duhet të infektojnë bakteret në mënyrë që të riprodhohen. Ata gjetën se ishte ADN virale, që hyri në baktere: proteinat qëndruan jashtë. Është e qartë se ADN-ja ishte materiali gjenetik.
Rezultatet e Hershey dhe Chase shkaktuan një garë të furishëm për të zbuluar strukturën e ADN-së, dhe kështu shkoi kjo punë. Një vit më pas, problemi u plasua nga Francis Crick dhe James Watson nga Universiteti i Kembrixhit, në Mbretërinë e Bashkuar – me shumë ndihmë të nënvlerësuar nga kolegu i tyre Rosalind Franklin.
Kjo ishte një nga zbulimet më të mëdha shkencore të shekullit të 20-të. Ai gjithashtu e ridrejtoi kërkimin për origjinën e jetës, duke zbuluar ngatërresën e pabesueshme që është e fshehur brenda qelizave të gjalla.
James Watson dhe Francis Crick me modelin e tyre të ADN-së
(Credit: A. Barrington-Brown/Gonville and Caius College/Science Photo Library)
Crick dhe Watson kuptuan se ADN është një spirale e dyfishtë, si një shkallë që është shtrembëruar në spirale. Të dy “shtyllat” e shkallës janë ndërtuar secila prej molekulave të quajtura nukleotide.
Gjenet tuaja vijnë në fund të fundit nga një bakter stërgjyshor
Kjo strukturë shpjegoi se si qelizat kopjojnë ADN-në e tyre. Me fjalë të tjera, zbuloi se si prindërit bëjnë kopje të gjeneve të tyre dhe i kalojnë ato tek fëmijët e tyre.
Çështja kyçe është se spiralja e dyfishtë mund të “hiqet”. Kjo ekspozon kodin gjenetik – i përbërë nga sekuenca të bazave gjenetike A (adeninë), T (timinë), C (citozinë) dhe G (guaninë) – që normalisht mbyllen brenda “rungs” (këmbë shkalle) të shkallëve të ADN-së. Çdo varg përdoret pastaj si një shabllon për të rikrijuar një kopje të tjetrës.
Duke përdorur këtë mekanizëm, gjenet janë kaluar nga prindërit te fëmijët, që nga fillimi i jetës. Gjenet tuaja vijnë në fund të fundit nga një bakter stërgjyshor – dhe në çdo hap ata u kopjuan duke përdorur mekanizmin, që Crick dhe Watson zbuluan.
Exploro strukturën e ADN-së në këtë video:
(videon shikojeni në shkrimin origjinal, pasi nuk mundëm ta fusnim këtu)
Crick dhe Watson zbuluan gjetjet e tyre në një letër të vitit 1953 në Nature. Gjatë disa viteve të ardhshme, biokimistët nxitën të kuptonin saktësisht se çfarë informacioni mbart ADN-ja dhe se si përdoret ky informacion në qelizat e gjalla. Sekretet më të thella të jetës po ekspozoheshin për herë të parë.
Papritmas, idetë e Oparin dhe Haldane dukeshin naivisht tepër të thjeshta
Doli se ADN ka vetëm një punë. ADN-ja juaj i tregon qelizave tuaja se si të bëjnë proteina: molekulat që kryejnë një sërë detyrash thelbësore. Pa proteina nuk mund ta tretni ushqimin tuaj, zemra juaj do të ndalet dhe ju nuk mund të merrni frymë.
Por procesi i përdorimit të ADN-së për të bërë proteina u provua të jetë shumë i ndërlikuar. Ky ishte një problem i madh për këdo, që përpiqet të shpjegojë origjinën e jetës, sepse është e vështirë të imagjinohet se si diçka kaq komplekse mund të ketë filluar ndonjëherë.
Çdo proteinë është në thelb një zinxhir i gjatë i aminoacideve, i lidhur së bashku në një mënyrë specifike. Sekuenca e aminoacideve përcakton formën tridimensionale të proteinës, dhe kështu se çfarë bën.
Ky informacion është koduar në sekuencën e bazave të ADN-së. Pra, kur një qelizë duhet të bëjë një proteinë të veçantë, ai lexon gjenin përkatës në ADN për të marrë sekuencën e aminoacideve.
Doli se ADN ka vetëm një punë
Por ka një kthesë. ADN-ja është e çmuar, kështu që qelizat preferojnë ta mbajnë atë në mënyrë të sigurtë. Për këtë arsye, ata kopjojnë informacionin nga ADN-ja në molekula të shkurtra të një substance tjetër të quajtur ARN (acid ribonukleik). Nëse ADN-ja është një libër biblioteke, ARN është një copëz letre me një pasazh kyç të shkruar mbi të. ARN është e ngjashme me ADN-në, përveç se ka vetëm një varg.
Së fundi, procesi i konvertimit të informacionit në atë pjesë të ARN, në një proteinë, zhvillohet në një molekulë jashtëzakonisht të përpunuar të quajtur “ribosome” (ribozom).
Ky proces ndodh në çdo qelizë të gjallë, madje edhe në bakteret më të thjeshta. Është po aq e rëndësishme për jetën, si ushqimi dhe fryma. Çdo shpjegim për origjinën e jetës, duhet të tregojë se si u krijua ky trinitet kompleks – ADN-ja, ARN-ja dhe proteina ribozom – dhe si filloi të punojë.
Qelizat mund të bëhen shumë intriguese
(Credit: Russell Kightley/Science Photo Library)
Papritur, idetë e Oparin dhe Haldane dukeshin naivisht të thjeshta, ndërsa eksperimenti i Millerit, i cili prodhonte vetëm disa nga aminoacidet, që përdoren për të ndërtuar proteina, dukeshin amatore. Shumë larg nga marrja e rrugës për krijimin e jetës, studimi i tij kryesor ishte thjesht hapi i parë në një rrugë të gjatë.
Ideja që jeta filloi me ARN-në, do të rezultonte me një ndikim të jashtëzakonshëm
“ADN-ja e bën ARN-në të prodhojë proteina, të gjitha në këtë qese lipidi të përfshira në kimikate“, thotë John Sutherland. “Ju do e shikoni atë dhe kjo është vetëm ‘wow, kjo është shumë e komplikuar’. Si do të gjejmë një kimi organike, që do të bëjë gjithçka në një të tillë?”
Personi i parë, që me të vërtetë u mor me trajtimin e kësaj kokë-më-vete, ishte një kimist britanik me emrin Leslie Orgel. Ai ishte një nga të parët që e shihte modelin e ADN-së së Crick dhe Watson dhe më vonë do ta ndihmonte NASA-n me programin e tyre Viking, i cili dërgoi zbarkues robotikë në Mars.
Orgel u nis për ta thjeshtuar problemin. Duke shkruar në vitin 1968, dhe mbështetur nga Crick, ai sugjeroi se jeta e parë nuk kishte proteina apo ADN. Në vend të kësaj, ajo u bë pothuajse tërësisht nga ARN. Që kjo të funksionojë, këto molekula primare të ARN duhet të kenë qenë veçanërisht të gjithanshme. Për një gjë, ata duhet të kenë qenë në gjendje të krijojnë kopje të vetes, me sa duket duke përdorur të njëjtin mekanizëm bazë si ADN-ja.
Ideja që jeta filloi me ARN do të rezultonte me ndikim të jashtëzakonshëm. Por ajo gjithashtu shkaktoi një luftë shkencore, që ka zgjatur deri në ditët e sotme.
ADN është në zemrën e pothuajse çdo krijese të gjallë
(Credit: Equinox Graphics Ltd)
Duke sugjeruar se jeta filloi me ARN dhe pak tjetër, Orgel propozonte që një aspekt i rëndësishëm i jetës – aftësia e tij për të riprodhuar veten – u paraqit para të gjithë të tjerëve. Në njëfarë kuptimi, ai nuk ishte vetëm duke sugjeruar se si u mblodh për herë të parë jeta: ai po thoshte diçka rreth asaj se çka është jeta.
Shkencëtarët që studiojnë origjinën e jetës ndahen në kampe
Shumë biologë do të pajtoheshin me idenë e “përsëritjes së parë” të Orgel-it. Në teorinë e evolucionit të Darvinit, aftësia për të krijuar pasardhës është absolutisht qendrore: e vetmja mënyrë që një organizëm mund të “fitojë” është të lërë pas shumë fëmijë.
Por ka edhe tipare të tjera të jetës që duken njësoj thelbësore. Më e dukshmja është metabolizmi: aftësia për nxjerrjen e energjisë nga mjedisi juaj dhe përdorimi i saj për të mbajtur veten të gjallë. Për shumë biologë, metabolizmi duhet të ketë qenë tipar origjinal i jetës, me replikimin e shfaqur më vonë.
Pra, që nga vitet 1960 e këtej, shkencëtarët që studiojnë origjinën e jetës u ndanë në kampe.
“Polarizimi bazë ishte metabolizmi – i pari, kundrejt gjenetikës – i pari“, thotë Sutherland.
Takimet shkencore mbi origjinën e jetës kanë qenë shpesh takime të çrregullta
Ndërkohë, një grup i tretë besonte se gjëja e parë që do të shfaqej ishte një enë për molekulat kyçe, për t’i mbajtur ata të lundronin. “Sektorializimi duhet të ketë ardhur më parë, sepse nuk ka kuptim të bëjmë metabolizmin, nëse nuk jeni të ndarë në pjesë“, thotë Sutherland. Me fjalë të tjera, duhet të kishte një qelizë – siç theksoi Oparin dhe Haldane disa dekada më parë – ndoshta të mbyllur nga një membranë e yndyrave të thjeshta dhe të lipideve.
Të tre idetë morën adhuruesit e tyre dhe kanë mbijetuar deri në ditët e sotme. Shkencëtarët janë bërë tepër të përkushtuar ndaj këtyre ideve për kafshët, ndonjëherë edhe në mënyrë të verbër.
Si rezultat, takimet shkencore mbi origjinën e jetës kanë qenë shpesh çështje të çrregullta dhe gazetarët që e mbulojnë këtë temë dëgjojnë rregullisht një shkencëtar në një kamp, se idetë që dalin nga kampet e tjera janë budallallëqe ose më keq.
Në sajë të Orgel, ideja që jeta filloi me ARN dhe gjenetikën u ngritën në fillim të fillimit. Pastaj erdhën vitet 1980, dhe një zbulim befasues, që duket se e konfirmonte më shumë këtë.
ARN mund të jetë çelësi i fillimit të jetës (Credit: Equinox Graphics Ltd)
Kapitulli 3. Kërkimi për replikatorin e parë
Pas viteve 1960, shkencëtarët në përpjekjen për të kuptuar origjinën e jetës u ndanë në tre grupe. Disa ishin të bindur se jeta filloi me formimin e versioneve primitive të qelizave biologjike. Të tjerë mendonin se hapi i parë ishte një sistem metabolik, ndërsa të tjerët përqendroheshin në rëndësinë e gjenetikës dhe përsëritjes. Ky grup i fundit filloi të përpiqej të kuptonte se çfarë mund të dukej si përsëritësi i parë – me fokus në idenë se ishte bërë nga ARN.
Që në fillim të viteve 1960, shkencëtarët kishin arsye për të menduar se ARN ishte burimi i gjithë jetës.
Në mënyrë të veçantë, ARN mund të bëjë diçka që ADN-ja nuk mund ta bëjë. Kjo është një molekulë e vetme e bllokuar, kështu që ndryshe nga ADN-ja e ngurtë, me dy bërthama, mund të del në një gamë të formave të ndryshme.
Ju nuk mund të jetoni pa enzimat
Palosja origjinale e ARN-së dukej mjaft e ngjashme me mënyrën se si sillen proteinat. Proteinat janë gjithashtu në thelb fusha të gjata – të bëra nga aminoacidet në vend të nukleotideve – dhe kjo i lejon ato të ndërtojnë struktura të përpunuara.
Ky është çelësi i aftësisë më të mahnitshme të proteinave. Disa prej tyre mund të përshpejtojnë, ose “katalizojnë” reagimet kimike. Këto proteina njihen si enzima.
Shumë enzima gjenden në zorrët tuaja, ku ata thyejnë molekulat komplekse nga ushqimi juaj në të thjeshta si sheqernat, që mund të përdorin qelizat tuaja. Ju nuk mund të jetoni pa enzima.
Leslie Orgel dhe Francis Crick kishin dyshime. Nëse ARN mund të dale si një proteinë, ndoshta ajo mund të formojë enzimë. Nëse kjo do të ishte e vërtetë, ARN do të mund të ishte molekula origjinale – dhe shumë e shumëllojshme – duke ruajtur informacionin si ADN-ja tani dhe duke katalizuar reagimet si disa proteina.
Kjo ishte një ide e mirë, por nuk do të kishte prova për më shumë se një dekadë.
Thomas Cech më 2007 (Credit: Douglas A. Lockard, CC by 3.0)
Thomas Cech ka lindur dhe është rritur në Iowa. Si fëmijë ai ishte i hipnotizuar nga shkëmbinj dhe minerale. Në kohën kur ishte në shkollë të mesme, ai ishte duke vizituar universitetin lokal dhe duke trokitur në dyert e gjeologëve, duke kërkuar të shohë modele të strukturave minerale.
Por ai përfundimisht u përcaktua duke u bërë një biokimist, duke u fokusuar në ARN.
Tani nocioni se jeta filloi me ARN dukej premtues
Në fillim të viteve 1980, Cech dhe kolegët e tij në Universitetin e Kolorados Boulder po studionin një organizëm me një qelizë të quajtur Tetrahymena thermophila. Pjesë e makinerisë së tij qelizore përfshijnë vargjet e ARN. Cech zbuloi se një pjesë e veçantë e ARN-së nganjëherë u shkëput nga pjesa tjetër, sikur diçka ta kishte prerë me gërshërë.
Kur ekipi hoqi të gjitha enzimat dhe molekulat e tjera që mund të vepronin si gërshërë molekulare, ARN vazhdoi ta bëjë këtë. Ata kishin zbuluar enzimën e parë të ARN-së: një pjesë e shkurtër e ARN-së, e cila ishte në gjendje të shkëpusë veten nga pjesa më e madhe, që ishte pjesë e saj.
Cech i publikoi rezultatet në 1982. Një vit më pas, një grup tjetër gjeti një enzimë të dytë të ARN-së – ose “ribozimën”, ashtu siç u quajt.
Gjetja e dy enzimave të ARN, në një vazhdimësi të shpejtë, sugjeroi se ka pasur shumë më tepër atje. Tani nocioni se jeta filloi me ARN ishte një kërkim premtues.
Zbuloni më shumë rreth ARN-së në këtë video:
(videon shikojeni në shkrimin origjinal, pasi nuk mundëm ta fusnim këtu)
Do të ishte Walter Gilbert i Universitetit të Harvardit në Kembrixh, Massachusetts, i cili i dha ide një emri. Një fizikan që ishte hipnotizuar nga biologjia molekulare, Gilbert do të ishte gjithashtu një nga avokatët e hershëm të sekuencimit të gjenomit njerëzor.
ARN Botërore është një mënyrë elegante për të krijuar jetë komplekse nga e para
Duke shkruar në Nature në vitin 1986, Gilbert propozoi që jeta filloi në “ARN Botërore“.
Faza e parë e evolucionit, tha Gilbert, përbëhej nga “molekulat e ARN (RNA në anglisht), që kryen aktivitetet katalitike të nevojshme për t’u mbledhur nga një supë nukleotide“. Duke i prerë dhe ngjitur copa të ndryshme të ARN-së së bashku, molekulat e ARN mund të krijojnë sekuenca gjithnjë e më të dobishme. Përfundimisht gjetën një mënyrë për të bërë proteina dhe enzima të proteinave, të cilat u treguan kaq të dobishme saqë në masë të madhe zëvendësuan versionet e ARN-së dhe krijuan jetën, siç e njohim sot.
ARN Botërore është një mënyrë elegante për të bërë jetë komplekse nga e para. Në vend që të mbështetet në formimin e njëkohshëm të dhjetra molekulave biologjike nga supë primordiale, një molekulë Jack-of-all-trades mund të bëjë punën e të gjithë atyre.
Në vitin 2000, hipotezës së ARN-së Botërore iu dhurua një pjesë dramatike e provave mbështetëse.
Ribozomi bën proteina (Credit: Laguna Design/Science Photo Library)
Thomas Steitz kishte kaluar 30 vjet duke studiuar strukturat e molekulave në qelizat e gjalla. Në vitet 1990 ai mori sfidën e tij më të madhe: duke zbuluar strukturën e ribozomës.
Fakti që kjo makinë esenciale u bazua në ARN e bëri ARN botërore edhe më të besueshme
Çdo qelizë e gjallë ka një ribozomë. Kjo molekulë e madhe lexon udhëzime nga ARN dhe vargjet së bashku aminoacidet për të bërë proteina. Ribozomet në qelizat tuaja ndërtojnë pjesën më të madhe të trupit tuaj.
Ribozomi ishte i njohur për të përmbajtur ARN. Por në vitin 2000 ekipi i Steitz-it prodhoi një imazh të detajuar të strukturës së ribozomës, gjë që tregoi se ARN ishte thelbi katalitik i ribozomës.
Kjo ishte kritike, sepse ribosomi është aq themelor për jetën, dhe kaq i lashtë. Fakti që kjo makinë esenciale u bazua në ARN e bëri ARN botërore edhe më të besueshme.
Përkrahësit e ARN-së botërore ishin të ekstazuar nga zbulimi dhe në vitin 2009 Steitz do të bëhej pjesë e çmimit Nobel. Por që atëherë, dyshimet janë rikthyer.
Që nga fillimi, kishte dy probleme me idenë Botërore të ARN-së. A mundet ARN të kryejë të gjitha funksionet e jetës në vetvete? Dhe a mund të jetë formuar në Tokën e hershme?
Ata vendosën të bënin një ARN të vetë-përsëritur për veten e tyre
Kanë kaluar 30 vjet që kur Gilbert-i ka vendosur stacionin për ARN-në botërore, dhe ende nuk kemi prova të forta që ARN mund t’i bëjë të gjitha gjërat, që kërkon teoria prej saj. Kjo është një molekulë e dobishme e vogël, por mund të mos jetë mjaft e dobishme.
Një detyrë u dallua. Nëse jeta filloi me një molekulë ARN, ajo ARN duhet të ketë qenë në gjendje të bëjë kopje të vetes: duhet të ketë qenë e vetë-përsëritur.
Por asnjë ARN e njohur nuk mund të përsëritet. Nuk mundet as ADN. Ajo merr një batalion të enzimave dhe molekulave të tjera për të ndërtuar një kopje të saj, të një cope ARN ose ADN.
Pra, në fund të viteve 1980, disa biologë filluan një kërkim donkishotesk. Ata vendosën për të bërë një ARN të vetë-përsëritur për veten e tyre.
Jack Szostak (Credit: Detlev van Ravenswaay/Science Photo Library)
Jack Szostak i Shkollës Mjekësore të Harvardit ishte një nga të parët që përfshihej. Si fëmijë ai ishte i hipnotizuar kaq shumë nga kimia, aq sa kishte një laborator në bodrumin e tij. Me një shpërfillje të shkëlqyer për sigurinë e tij, ai dikur nisi një shpërthim, që të fuste një tub qelqi në tavan.
Ata kishin treguar se enzimat ARN mund të jenë me të vërtetë të fuqishme
Në fillim të viteve 1980, Szostak ndihmoi për të treguar se si gjenet tona mbrojnë veten kundër procesit të plakjes. Ky hulumtim i hershëm përfundimisht do e bënte atë pjesë të çmimit Nobel.
Por shpejt ai u hipnotizua nga enzimat e ARN të Cech. “Mendova se puna ishte vërtet e ftohtë,” thotë ai. “Në parim, mund të ketë një mundësi për ARN-në për të katalizuar replikimin (përsëritjen) e vet.”
Në vitin 1988, Cech zbuloi një enzimë ARN, që mund të ndërtonte një molekulë të shkurtër ARN me rreth 10 nukleotide. Szostak u nis për të përmirësuar zbulimin, duke evoluar enzimat e reja të ARN-së në laborator. Ekipi i tij krijoi një grup sekuencash të rastësishme dhe i testoi ato për të parë se cilat treguan aktivitetin katalitik. Pastaj morën ato sekuenca, i rrafshuan dhe u testuan sërish.
Pas 10 raundeve të kësaj, Szostak kishte prodhuar një enzimë ARN, që bëri një reagim shtatë milionë herë më shpejt se sa natyrisht. Ata treguan se enzimat ARN mund të jenë me të vërtetë të fuqishme. Por enzimat e tyre nuk mund të kopjojnë vetveten, madje as t’i afrohen. Szostak kishte goditur një mur.
ARN nuk mund të jetë në gjendje për punën e fillimit të jetës
(Credit: Science Photo Library/Alamy)
Përparimi i ardhshëm i madh erdhi në vitin 2001 nga ish-studenti e Szostak, David Bartel, nga Instituti i Teknologjisë i Masaçusetsit në Kembrixh. Bartel bëri një enzimë ARN të quajtur R18, që mund të shtonte nukleotide të reja në një varg të ARN-së, bazuar në një model ekzistues. Me fjalë të tjera, nuk ishte vetëm duke shtuar nukleotide të rastit: ishte kopjimi i saktë i një sekuence.
Kjo ende nuk ishte një vetë-ripërtëritës, por ishte duke u shkuar drejt saj. R18 përbëhej nga një varg prej 189 nukleotidesh dhe mund të shtonte me besueshmëri 11 nukleotide në një varg të ARN-së: 6% të gjatësisë së vet. Shpresa ishte se disa shkulje do të lejojnë, që ajo të bëjë një varg prej 189 nukleotidesh të gjatë – aq të gjatë sa veten.
ARN nuk duket së është për punën e fillimit të jetës
Përpjekja më e mirë erdhi në vitin 2011 nga Philipp Holliger i Laboratorit të Biologjisë Molekulare në Kembrixh, Britani të Madhe. Ekipi i tij krijoi një R18 të modifikuar të quajtur tC19Z, i cili kopjon sekuencat deri në 95 nukleotide. Kjo është 48% e gjatësisë së vet: më shumë se R18, por jo 100% e nevojshme.
Një qasje alternative është paraqitur nga Gerald Joyce dhe Tracey Lincoln nga Instituti i Kërkimeve të Scripps në La Jolla, California. Në vitin 2009 ata krijuan një enzimë ARN që përsëritet në mënyrë indirekte.
Enzima e tyre bashkohet së bashku në dy pjesë të shkurtra të ARN-së, për të krijuar një enzimë të dytë. Kjo pastaj bashkohet së bashku në dy pjesë të tjera të ARN-së për të rikrijuar enzimën origjinale.
Ky cikël i thjeshtë mund të vazhdojë pafundësisht, duke pasur parasysh lëndët e para. Por enzimat funksionuan vetëm nëse u jepeshin fillesat e duhura të ARN-së, të cilat Joyce dhe Lincoln duhej t’i bënin.
Si mund të formoheshin molekulat e jetës diku si këtu?
(Credit: MasPix/Alamy)
Për shumë shkencëtarë që janë skeptikë rreth Botës së ARN-së, mungesa e një ARN-je të vetë-përsëritur është një problem fatal me këtë ide. ARN nuk duket të ketë pasur punë me fillimin e jetës.
Ndoshta ekzistonte një lloj tjetër molekule në Tokën e hershme
Rasti është gjithashtu dobësuar nga dështimi i kimistëve për të bërë ARN-në nga zeroja. Ajo duket si një molekulë e thjeshtë në krahasim me ADN-në, por ARN ka provuar të jetë jashtëzakonisht e vështirë për t’u bërë.
Problemi është sheqeri dhe baza që e përbëjnë secilën nukleotid. Është e mundur që secila prej tyre të bëhet individualisht, por të dyja refuzojnë me kokëfortësi të lidhen së bashku.
Ky problem ishte tashmë i qartë nga fillimi i viteve 1990. I la shumë biologë me një dyshim bezdisshëm që hipoteza e ARN-së, ndonëse e pastër, nuk mund të ishte fare e drejtë.
Në vend të kësaj, ndoshta ekzistonte një lloj tjetër molekule në Tokën e hershme: diçka më e thjeshtë se ARN, e cila me të vërtetë mund të mblidhej nga supa primordiale dhe të fillonte vetë-përsëritjen. Kjo mund të ketë ardhur si fillim dhe pastaj ajo çoi në ARN, ADN dhe pjesën tjetër.
ADN mund të jetë përpjekur për t’u formuar në Tokën e hershme
(Credit: Science Photo Library/Alamy)
Në vitin 1991, Peter Nielsen nga Universiteti i Kopenhagës në Danimarkë doli me një kandidat për replicatorin primordial.
Ishte në thelb një version i ADN-së shumë i modifikuar. Nielsen mbajti bazat e njëjta – duke u ngjitur me A (adeninë), T (timinë), C (citozinë) dhe G (guaninë) të gjetur në ADN – por e bëri shtyllën kurrizore të molekulave të quajtura polyamides në vend të sheqernave që gjenden në ADN. Ai e quajti molekulën e re acidin nukleik poliamid, ose PNA. Konfuzionalisht, ajo që atëherë është bërë e njohur si acidi nukleik peptidik.
PNA, ndryshe nga ARN, mund të jetë formuar lehtë në Tokën e hershme
PNA nuk është gjetur kurrë në natyrë. Por sillet shumë si ADN-ja. Një varg i PNA-së mund edhe të zërë vendin e një prej fillesave në një molekulë të ADN-së, me bazat komplementare që bashkohen normalisht. Për më tepër, PNA mund të mbështillet në një spirale të dyfishtë, ashtu si ADN-ja.
Stanley Miller u intrigua. Skeptik i thellë për Botën e ARN-së, dyshonte se PNA mund të ishte një kandidat më i besueshëm për materialin e parë gjenetik.
Në vitin 2000 ai prodhoi disa prova të forta. Në atë kohë ai ishte 70 vjeç dhe kishte vuajtur si fillim nga një sërë goditjesh dobësuese që do ta linin të mbyllur në një shtëpi përkujdesi, por nuk ishte mbyllur fare. Ai përsëriti eksperimentin e tij klasik, të cilin e diskutuam në kapitullin e parë, këtë herë duke përdorur metanin, azotin, amoniakun dhe ujin – dhe mori shtyllën poliamide të PNA.
Kjo sugjeroi që PNA, ndryshe nga ARN, mund të ishte formuar lehtë në Tokën e hershme.
Një molekulë e acidit nukleik threose (TNA)
(Credit: Alfred Pasieka/Science Photo Library)
Kimistë të tjerë kanë dalë me acidet e tyre alternative nukleike.
Secili prej këtyre acideve alternative nukleike ka mbështetësit e vet: zakonisht, personin që e ka bërë atë
Në vitin 2000, Albert Eschenmoser bëri acidin nukleik threoze (TNA). Kjo është në thelb ADN, por me një sheqer të ndryshëm në boshtin e saj. Vargjet e TNA-së mund të çiftëzohen për të formuar një spirale të dyfishtë dhe informacioni mund të kopjohet prapa dhe me radhë ndërmjet ARN dhe TNA.
Për më tepër, TNA mund të dalë deri në forma komplekse, madje edhe të lidhet me një proteinë. Kjo lë të kuptohet se TNA mund të veprojë si një enzimë, ashtu si ARN.
Në mënyrë të ngjashme, në vitin 2005 Eric Meggers bëri acid nukleik të glykolit, i cili mund të formojë struktura spirale.
Secili prej këtyre acideve alternative nukleike ka mbështetësit e vet: zakonisht, personin që e ka bërë atë. Por nuk ka asnjë gjurmë të tyre në natyrë, kështu që nëse jeta e parë i ka përdorur ato, në një moment duhet t’i ketë braktisur plotësisht në favor të ARN-së dhe ADN-së. Kjo mund të jetë e vërtetë, por nuk ka dëshmi.
E gjithë kjo do të thoshte se, nga mesi i viteve 2000, mbështetësit e ARN Botërore ishin në një problem.
ARN botërore, siç ishte, nuk mund të ishte e gjithë e vërteta
Nga njëra anë, ekzistonin enzimat ARN dhe përfshinin një nga pjesët më të rëndësishme të makinerisë biologjike, ribozomin. Kjo ishte e mirë.
Por nuk u gjet asnjë ARN vetë-përsëritëse dhe askush nuk mund të kuptonte se si ARN u formua në supën primordiale. Acidet alternative nukleike mund të zgjidhin problemin e fundit, por nuk kishte asnjë provë që ato ekzistonin në natyrë. Kjo ishte më pak e mirë.
Konkluzioni i qartë ishte se ARN botërore, e pastër siç ishte, nuk mund të ishte e gjithë e vërteta.
Ndërkohë, një teori rivale ka qenë vazhdimisht duke mbledhur avull që nga vitet 1980. Mbështetësit e saj argumentojnë se jeta nuk filloi me ARN, ose ADN, ose ndonjë substancë tjetër gjenetike. Në vend të kësaj filloi si një mekanizëm për shfrytëzimin e energjisë.
Jeta ka nevojë për energji që të qëndrojë e gjallë
(Credit: Equinox Graphics Ltd)
Kapitulli 4. Fuqia nga protonet
Ne pamë në Kapitullin Dy se si shkencëtarët u ndanë në tre shkolla të mendimit për mënyrën se si filloi jeta. Një grup ishte i bindur se jeta filloi me një molekulë ARN, por ata luftuan për të shpjeguar se si ARN ose molekulat e ngjashme mund të formoheshin spontanisht në Tokën e hershme dhe pastaj të bënin kopje të vetes. Përpjekjet e tyre ishin emocionuese në fillim, por në fund të fundit ishin zhgënjyese. Sidoqoftë, edhe pse ky hulumtim po përparonte, kishte studiues të tjerë të origjinës, të cilët ndjeheshin të sigurt se jeta filloi në një mënyrë krejtësisht të ndryshme.
Teoria e ARN-së mbështetet në një ide të thjeshtë: gjëja më e rëndësishme që një organizëm i gjallë mund të bëjë është riprodhimi i vetvetes. Shumë biologë do të pajtoheshin me këtë. Nga bakteret në balenat blu, të gjitha gjallesat përpiqen të kenë pasardhës.
Wächtershäuser propozoi që organizmat e parë ishin “në mënyrë drastike të ndryshme nga çdo gjë që dimë”
Megjithatë, shumë studiues të origjinës së jetës nuk besojnë se riprodhimi është me të vërtetë themelor. Para se një organizëm të riprodhohet, ata thonë, ai duhet të jetë vetë-mbështetet. Duhet të mbahet gjallë. Pas të gjithave, ju nuk mund të keni fëmijë, nëse vdisni së pari.
Ne e mbajmë veten gjallë duke ngrënë ushqim, ndërsa bimët e gjelbra, e bëjnë këtë duke marrë energji nga rrezet e diellit. Ju mund të mos mendoni se një person që kullufit një biftek me lëng ngjan edhe aq me një pemë lisi me gjethe, por kur i sheh hollë ato, të dy po marrin energji.
Ky proces quhet metabolizëm. Së pari, ju duhet të merrni energji; thonë, nga kimikate të pasura me energji si sheqerna. Pastaj duhet ta përdorni atë energji për të ndërtuar gjëra të dobishme si qelizat.
Ky proces i shfrytëzimit të energjisë është krejtësisht thelbësor, shumë studiues besojnë se duhet të ketë qenë gjëja e parë, që ka bërë ndonjëherë jeta.
Uji vullkanik është i nxehtë dhe i pasur me kimikate
(Credit: Kseniya Ragozina/Alamy)
Çfarë mund të duken këto organizma të vetëm të metabolizmit? Një nga sugjerimet më me ndikim u paraqit në fund të viteve 1980 nga Günter Wächtershäuser. Ai nuk ishte një shkencëtar me kohë të plotë, por më tepër një avokat i patentave me një sfond në kimisë.
Wächtershäuser propozoi që organizmat e parë ishin “në mënyrë drastike të ndryshme nga çdo gjë që dimë“. Ata nuk ishin prej qelizave. Ata nuk kishin enzime, ADN ose ARN.
Të gjitha gjërat e tjera që përbëjnë organizma moderne – si ADN-ja, qelizat dhe truri – erdhën më vonë
Në vend të kësaj, Wächtershäuser imagjinoi një rrjedhë të ujit të nxehtë që rrjedh nga një vullkan. Uji ishte i pasur me gazra vullkanike si amoniaku dhe mbante gjurmë të mineraleve nga zemra e vullkanit.
Kur uji rridhte mbi shkëmb, filluan të ndodhin reaksionet kimike. Në veçanti, metalet nga uji ndihmuan komponimet e thjeshta organike për t’u shkrirë në ato më të mëdha.
Pika e kthesës ishte krijimi i ciklit të parë metabolik. Ky është një proces, në të cilin një kimik konvertohet në një sërë kimikatesh të tjerë, derisa përfundimisht të rikrijohet kimikali origjinal. Në këtë proces, i gjithë sistemi merr energji, që mund të përdoret për të rifilluar ciklin – dhe për të filluar të bëjnë gjëra të tjera.
Ciklet metabolike mund të mos duken të ngjashme me jetën, por ato janë themelore për jetën
Të gjitha gjërat e tjera që përbëjnë organizma moderne – si ADN-ja, qelizat dhe truri – erdhën më vonë, të ndërtuara në anën e pasme të këtyre cikleve kimike.
Këto cikle metabolikë nuk tingëllojnë shumë si jetë. Wächtershäuser i quajti shpikjet e tij “organizma pararendës” dhe shkroi se “mezi mund të quhet se jetuan”.
Por ciklet metabolike si ato të përshkruara nga Wächtershäuser janë thelbi i çdo gjëje të gjallë. Qelizat tuaja janë në thelb impiantet mikroskopike të përpunimit kimik, duke kthyer një element kimik në një tjetër. Ciklet metabolike mund të mos duken të ngjashme me jetën, por ato janë themelore për jetën.
Gjatë viteve 1980 dhe 1990, Wächtershäuser përpunoi teorinë e tij në detaje të konsiderueshme. Ai përmendi cilat minerale janë bërë për sipërfaqet më të mira dhe cilat cikle kimike mund të ndodhin. Idetë e tij filluan të tërheqin përkrahësit.
Por gjithçka ishte ende teorike. Wächtershäuser kishte nevojë për një zbulim të vërtetë në botë, që mbështeste idetë e tij. Për fat të mirë, ajo tashmë ishte bërë – një dekadë më parë.
Shpërthimet në Paqësor
(Credit: Dr Bob Embley/NOAA/PMEL-NOAA Photo Library/CC by 2.0)
Në vitin 1977, një ekip i udhëhequr nga Jack Corliss i Oregon State University bëri një zhytje 1.5 milje (2.5 km) poshtë në Oqeanin Paqësor lindor. Ata po vëzhgonin pikën e nxehtë të Galápagos, ku kreshtat e gjata të shkëmbit ngriheshin nga dyshemeja e detit. Kreshtat, ata e dinin, ishin aktivisht vullkanike.
Çdo shpërthim ishte një lloj shpërndarësi i supës primordiale
Corliss zbuloi se kreshtat ishin me vrima, në thelb, burimet e ujit të nxehtë. Uji i ngrohtë, i pasur me kimikate po dilte nga poshtë fundit të detit dhe derdhej përmes vrimave në shkëmbinj.
Çuditërisht, këto “shpërthime hidrotermale” ishin të populluara dendur nga kafshë të çuditshme. Kishte molusqe të mëdha, limpets, midhje dhe krimba tub. Uji ishte gjithashtu i mbushur me baktere. Të gjitha këto organizma jetonin me energji nga shfryrjet hidrotermale.
Zbulimi i shpërthimeve hidrotermale e bëri me emër Corliss. Gjithashtu e bëri atë të mendonte. Në vitin 1981, ai propozoi që shfryrjet e ngjashme ekzistonin në Tokë rreth katër miliard vjet më parë dhe se ato ishin vendi i origjinës së jetës. Ai do të kalonte shumë nga pjesa e mbetur e karrierës së tij, duke punuar mbi këtë ide.
Shpërthimet hidroteknike mbështesin jetën e çuditshme
(Credit: Dr Ken MacDonald/Science Photo Library)
Corliss propozoi që shfryrjet (shpërthimet) hidrotermale mund të krijonin kokteje të kimikateve. Çdo e çarë, tha ai, ishte një lloj bombole me vrimë primordiale.
Komponimet kryesore si sheqernat “do të mbijetonin … për sekonda më së shumti”
Ndërsa uji i nxehtë shkonte deri nëpër shkëmbinj, nxehtësia dhe presioni shkaktuan komponimet e thjeshta organike për t’u shkrirë në ato më komplekse si aminoacidet, nukleotidet dhe sheqernat. Afër kufirit me oqeanin, ku uji nuk ishte aq i nxehtë, ata filluan të lidheshin nme zinxhirë – duke formuar karbohidratet, proteinat dhe nukleotidet si ADN-ja. Pastaj, kur uji u afrua në oqean dhe u ftoh më tej, këto molekula u mblodhën në qeliza të thjeshta.
Ishte i zoti, dhe kapi vëmendjen e njerëzve. Por Stanley Miller, eksperimentet e së cilës kemi folur në kapitullin e parë, nuk ishte i bindur. Duke shkruar në vitin 1988, ai argumentoi se shfryrjet ishin shumë të nxehta.
Ndërsa nxehtësia ekstreme do të shkaktonte formimin e kimikateve si aminoacidet, eksperimentet e Millerit sugjeruan se do t’i shkatërronin gjithashtu. Komponimet kryesore si sheqernat “do të mbijetonin … për sekonda më së shumti”. Për më tepër, këto molekula të thjeshta nuk do të mund të lidheshin në zinxhirë, sepse uji përreth do të thyente zinxhirët pothuajse menjëherë.
Gjeologu dhe kërkuesi mbi origjinën e jetës Michael Russell
(Credit: Nasa/JPL/CalTech)
Në këtë pikë, gjeologu Mike Russell hyri në potere. Ai mendonte se teoria e shfryrjeve mund të vihej në punë pas së gjithave. Për më tepër, iu duk atij se shfryrjet ishin shtëpia ideale për organizmat pararendës të Wächtershäuser. Ky frymëzim do ta çonte atë të krijonte një nga teoritë më të pranuara të origjinës së jetës.
Nëse Russell ishte i saktë, jeta filloi në fund të detit
Russell e kishte kaluar jetën e tij të hershme duke bërë aspirina dhe duke bërë kërkime për minerale të vlefshme dhe – në një incident të mrekullueshëm në vitet 1960 – duke koordinuar përgjigjen ndaj një shpërthimi të mundshëm vullkanik, pavarësisht se nuk kishte asnjë trajnim. Por interesi i tij i vërtetë ishte se si sipërfaqja e Tokës ka ndryshuar gjatë epokave. Nga kjo perspektivë gjeologjike, ka formuar idetë e tij mbi origjinën e jetës.
Në vitet 1980, ai gjeti dëshmi fosile të një lloji më pak ekstrem të shfryrjeve hidrotermale, ku temperaturat ishin nën 150°C. Këto temperatura të buta, argumentoi ai, do të lejonin që molekulat e jetës të mbijetonin shumë më shumë se Milleri kishte supozuar se do të bënin.
Për më tepër, mbetjet fosile të këtyre shfryrjeve më të freskëta mbanin diçka të çuditshme. Një mineral i quajtur pirit, i cili është bërë nga hekuri dhe squfuri, ishte formuar në tuba rreth 1mm të gjithë.
Në laboratorin e tij, Russell zbuloi se piriti gjithashtu mund të formonte blobë sferikë. Ai sugjeroi që molekulat e para komplekse organike janë formuar brenda këtyre strukturave të thjeshta të pirit.
Një grumbull pirit hekuri (Credit: James Petts, CC by 2.0)
Rreth kësaj kohe, Wächtershäuser kishte filluar të botonte idetë e tij, të cilat mbështeteshin në një rrymë me ujë kimik të ngrohtë, që rrjedh mbi një mineral. Ai madje kishte propozuar, që piriti ishte i përfshirë.
Ideja e tij mbështetej në punën e një prej gjenive të harruar të shkencës moderne
Pra, Russell i vendosi dy nga dy së bashku. Ai sugjeroi që shfryrjet hidrotermale në det të thellë, të mjaftueshme për të formuar strukturat e piritit, pritën organizmat paraardhës të Wächtershäuser. Nëse Russell ishte i saktë, jeta filloi në fund të detit – dhe metabolizmi u shfaq së pari.
Russell e vendosi gjithë këtë në një letër të botuar në vitin 1993, 40 vjet pas eksperimentit klasik të Miller. Ai nuk mori të njëjtën mbulim të ngazëllyer mediatik, por ishte ndoshta më i rëndësishëm. Russell kishte kombinuar dy ide në dukje të ndara – ciklet metabolike të Wächtershäuser dhe shfryrjet hidrotermale të Corliss-it – në diçka vërtet bindëse.
Vetëm për ta bërë atë edhe më mbresëlënëse, Russell gjithashtu ofroi një shpjegim për mënyrën se si organizmat e parë e morën energjinë e tyre. Me fjalë të tjera, ai zbuloi se si mund të kishin punuar metabolizmi i tyre. Ideja e tij mbështetej në punën e një prej gjenive të harruar të shkencës moderne.
Peter Mitchell do të fitonte një Çmim Nobël për hulumtimin e tij
(Credit: INTERFOTO/Alamy)
Në vitet 1960, biokimisti Peter Mitchell u sëmur dhe u detyrua të japë dorëheqjen nga Universiteti i Edinburgut. Në vend të kësaj, ai krijoi një laborator privat në një shtëpi të vogël në Cornwall. I izoluar nga komuniteti shkencor, puna e tij u financua pjesërisht nga një tufë e lopëve të qumështit. Shumë biokimiste, duke përfshirë, fillimisht, Leslie Orgel, puna e të cilëve në ARN që ne diskutuam në Kapitullin Dy, mendonin se idetë e tij ishin krejtësisht qesharake.
Tani e dimë se procesi që Mitchell identifikoi përdoret nga çdo qenie e gjallë në Tokë
Më pak se dy dekada më vonë, Mitchell arriti fitoren përfundimtare: Çmimin Nobel të 1978 në Kimi. Ai kurrë nuk ka qenë një emër i familjes, por idetë e tij janë në çdo tekst të biologjisë.
Mitchell kaloi karrierën e tij duke zbuluar se çfarë organizmash bëjnë me energjinë që marrin nga ushqimi. Në fakt, ai po pyeste se si të gjithë qëndrojmë të gjallë nga momenti në moment.
Ai e dinte se të gjitha qelizat ruanin energjinë e tyre në të njëjtën molekulë: adenosine triphosphate (ATP). Pak thelbësore është një zinxhir i tre fosfateve, të lidhura me adenozinë. Shtimi i fosfatit të tretë merr shumë energji, e cila më pas mbyllet në ATP.
Kur një qelizë ka nevojë për energji – thonë, nëse një muskul duhet të kontraktohet – thyen fosfatin e tretë nga një ATP. Kjo e kthen atë në adenosine difosfat (ADP) dhe liron energjinë e ruajtur.
Ai kurrë nuk ka qenë një emër i familjes
Mitchell donte të dinte se si qelizat e bënin ATP-në në radhë të parë. Si e përqendronin ata energjinë e mjaftueshme në një ADP, kështu që fosfati i tretë do të bashkohej?
Mitchell e dinte që enzima e bën ATP të ulet në një membranë. Pra, ai sugjeroi që qeliza pomponte grimca të ngarkuara të quajtura protone përgjatë membranës, kështu që kishte shumë protone në njërën anë dhe pothuajse asnjë nga ana tjetër.
Protonet do të përpiqen të rrjedhin prapa përmes membranës për të balancuar numrin e protoneve në çdo anë – por i vetmi vend ku mund të kalonin ishte enzima. Rrjedha e protoneve që kalonin përmes saj i dha enzimës energjinë e nevojshme për të bërë ATP.
Shihni se si qelizat e përdorin energjinë në këtë video:
(videon shikojeni në shkrimin origjinal, pasi nuk mundëm ta fusnim këtu)
Mitchell e paraqiti për herë të parë këtë ide në vitin 1961. Ai kaloi 15 vitet e ardhshme duke e mbrojtur atë nga të gjithë njerëzit, derisa dëshmia u bë e pakundërshtueshme. Tani e dimë se procesi që Mitchell identifikoi përdoret nga çdo qenie e gjallë në Tokë. Tani po ndodh brenda qelizave tuaja. Ashtu si ADN-ja, ajo është thelbësore për jetën ashtu siç e njohim.
Shfryjet e Corliss nuk do të bënin
Pika kyçe që mori Russell është gradimi i protonit i Mitchellit: që ka shumë protone në njërën anë të një membrane dhe pak nga ana tjetër. Të gjitha qelizat kanë nevojë për një gradient proton, për të ruajtur energjinë.
Qelizat moderne i krijojnë gradientët duke pompuar protonet nëpër një membranë, por kjo përfshinë makineri komplekse molekulare, që nuk mund të hyjnë befas në ekzistencë. Pra, Russell bëri një hap më të logjikshëm: jeta duhet të ketë formuar diku me një gradient natyral të protonit.
Diku si një rrymë hidrotermale. Por kjo do të duhej të ishte një lloj i veçantë i ndarjes. Kur Toka ishte e re, detet ishin acid, dhe uji acid ka shumë protone që fluturojnë brenda tij. Për të krijuar një gradient proton, uji duhet të ketë qenë i ulët në proton: duhet të ketë qenë alkaline.
Shfryrjet e Corliss nuk do e bënin. Jo vetëm që ishin shumë të nxehta, por ishin acide. Por në vitin 2000, Deborah Kelley nga Universiteti i Uashingtonit zbuloi shfryrjen e parë alkaline.
Pjesë e terrenit hidrotermal në “Lost City” në Atlantik
(Credit: 916 Collection/Alamy)
Kelley kishte për të luftuar vetëm për t’u bërë shkencëtare në radhë të parë. Babai i saj vdiq ndërsa ajo po mbaronte shkollën e mesme, dhe ajo u detyrua të punonte orë të gjata për të mbështetur veten gjatë kolegjit.
Ai u bind se shfryrjet si ato të Qytetit të Humbur (Lost City) ishin ato, ku filloi jeta
Por ajo arriti, dhe u befasua si nga vullkanet nënujore dhe nga shfryrjet e nxehta hidrotermale. Kjo dashuri binjake përfundimisht e çuan atë në mes të Oqeanit Atlantik. Atje, korja e Tokës është duke u larguar dhe një kreshtë e maleve ngrihet nga fundi i detit.
Në këtë kreshtë, Kelley gjeti një fushë të shfryrjeve hidrotermale, që ajo e quajti “Lost City”. Ato nuk janë si ato që kishte gjetur Corliss. Uji që rrjedh prej tyre është vetëm 40-75°C, dhe butësisht alkalik. Mineralet e karbonateve nga ky ujë janë grumbulluar në “oxhaqe” të bardha që ngrihen nga shtrati i detit si tubat e organeve. Pamja e tyre është e frikshme dhe e ngjashme me fantazmat, por kjo është mashtruese: ata janë shtëpia e komuniteteve të dendura të mikroorganizmave, që lulëzojnë në ujë të ndezur.
Këto shina alkaline ishin përshtatje e përkryer për idetë e Russellit. Ai u bind se shfryrjet si ato të Qytetit të Humbur ishin aty ku filloi jeta.
Por ai kishte një problem. Duke qenë një gjeolog, ai nuk dinte mjaftueshëm për qelizat biologjike për ta bërë teorinë e tij të vërtetë bindëse.
Shfryrja hidrotermale “Tymuesi i zi”
(Credit: NOAA PMEL Vents Program/Science Photo Library)
Pra, Russell u bashkua me biologun William Martin, një amerikan i pandërgjegjshëm që ka kaluar shumicën e karrierës së tij në Gjermani. Në vitin 2003, palët paraqitën një version të përmirësuar të ideve të mëparshme të Russell. Është ndoshta historia më e detajuar e asaj se si filloi jeta.
Kjo histori konsiderohet tani si një nga hipotezat kryesore për origjinën e jetës
Në sajë të Kelley, ata tani e dinin se shkëmbinjtë e shfryjnajave alkaline ishin poroze: ata u bënë me vrima të vogla të mbushura me ujë. Këto xhepa të vegjël, sugjeruan ata, vepruan si “qeliza”. Secili xhep përmban kimikate esenciale, duke përfshirë mineralet si piritit. Kombinuar me gradientin natyror të protonit nga dalja, ata ishin vendi ideal që të fillonte metabolizmi.
Sapo jeta kishte shfrytëzuar energjinë kimike të ujit të ndezur, Russell dhe Martin thonë, ajo filloi të bënte molekula si ARN. Përfundimisht ajo krijoi membranën e vet dhe u bë një qelizë e vërtetë dhe u arratis nga shkëmbi poroz në ujë të hapur.
Kjo histori konsiderohet tani si një nga hipotezat kryesore për origjinën e jetës.
Qelizat që ikin nga shfryrjet hidrotermale
(Credit: Richard Bizley/Science Photo Library)
Ai gjeti mbështetje të fuqishme në korrik 2016, kur Martin botoi një studim që rindërtonte disa nga tiparet e “paraardhësit të fundit universal të përbashkët” (LUCA). Ky është organizmi që jetonte miliarda vite më parë dhe nga i cili zbriti gjithë jeta ekzistuese.
Përkrahësit e ARN Botërore thonë se teoria e ftohjes ka dy probleme
Ne ndoshta nuk do të gjejmë kurrë prova të drejtpërdrejta fosile të LUCA-s, por ne ende mund të bëjmë një supozim të arsimuar se si mund të duket dhe të sillemi duke shikuar mikroorganizmat që mbijetojnë sot. Kjo është ajo që bëri Martin.
Ai shqyrtoi ADN-në e 1,930 mikroorganizmave moderne dhe identifikoi 355 gjene, që pothuajse të gjithë i kishin. Kjo është padyshim dëshmi se këto 355 gjene janë trashëguar, nga brezi në brez, që kur ato 1930 mikroba kanë një paraardhës të përbashkët – afërsisht në kohën kur LUCA ishte gjallë.
355 gjenet përfshinin disa për shfrytëzimin e një gradienti proton, por jo gjenet për gjenerimin e një tjetër – pikërisht siç do të parashikonin teoritë e Russell dhe Martin. Për më tepër, LUCA duket se është përshtatur me praninë e kimikateve si metani, gjë që sugjeron se ajo ka banuar në një mjedis vullkanik – si një çarje.
Pavarësisht nga kjo, mbështetësit e ARN Botërore thonë se teoria e ftohjes ka dy probleme. Dikush mund të jetë i fiksuar: tjetra mund të jetë fatale.
Shfryrjet hidrotermale janë shtëpitë e organizmave të çuditshëm
si këto gaforre anomurane
(Credit: A. D. Rogers et al, PLoS Biology, CC by 2.5)
Problemi i parë është se nuk ka dëshmi eksperimentale për proceset që përshkruajnë Russell dhe Martin. Ata kanë një histori hap pas hapi, por asnjë nga hapat nuk janë parë në një laborator.
“Njerëzit të cilët mendojnë se replikimi ishte i pari, ato vazhdimisht japin të dhëna të reja eksperimentale“, thotë eksperti i origjinës së jetës Armen Mulkidjanian. “Njerëzit që favorizojnë metabolizmin – së pari nuk e bëjnë këtë“.
Kimia e të gjitha këtyre molekulave është i papajtueshme me ujin
Kjo mund të ndryshojë, falë kolegut Martinit, Nick Lane të University College London. Ai ka ndërtuar një “origjinë të reaktorit të jetës“, i cili do të simulojë kushtet brenda një tretësire alkaline. Ai shpreson të vëzhgojë cikle metabolike, dhe ndoshta edhe molekula si ARN. Por është në fillimet e tij.
Problemi i dytë është vendndodhja e avujve në det të thellë. Si Miller vuri në dukje në 1988, molekulat e gjata të zinxhirit si ARN dhe proteinat nuk mund të formohen në ujë pa enzima për t’i ndihmuar ata.
Për shumë studiues, ky është një argument i hedhur poshtë. “Nëse keni një formim në kimi, ju nuk mund ta pranoni idenë e shfryrjeve të detit të thellë, sepse e dini se kimia e të gjitha këtyre molekulave është e papërputhshme me ujin“, thotë Mulkidjanian.
Pavarësisht kësaj, Russell dhe aleatët e tij mbeten esencialë.
Por në dekadën e fundit, një qasje e tretë ka dalë në pah, e mbështetur nga një seri eksperimentesh të jashtëzakonshme. Kjo premton diçka që as ARN botërore, as shfryrjet hidrotermale nuk kanë arritur deri tani: një mënyrë për të bërë një qelizë të tërë nga e para.
Ndoshta nuk mund të ketë jetë pa qelizat
(Credit: Equinox Graphics Ltd)
Kapitulli 5. Si të krijohet një qelizë
Deri në fillim të viteve 2000, kishte dy ide kryesore rreth asaj se si mund të kishte filluar jeta. Mbështetësit e “RNA World” ishin të bindur se jeta filloi me një molekulë të vetë-përsëritur. Ndërkohë, shkencëtarët në kampin “metabolizmi – i pari” kishin zhvilluar një përshkrim të hollësishëm rreth asaj, se si jeta mund të kishte filluar në shfryrjet hidrotermale në det të thellë. Megjithatë, një ide e tretë ishte gati për të dalë në dritë.
Çdo gjë e gjallë në Tokë është bërë nga qelizat. Çdo qelizë është në thelb një top i lëngët, me një mur mbrojtës të jashtëm ose “membranë”.
Qëllimi i një qelize është që t’i mbajë të gjitha gjërat thelbësore të jetës së bashku. Nëse muri i jashtëm do të shqyhet, përmbjtja do të dalë dhe qeliza vdes – ashtu si një person, i cili është zbërthyer, në përgjithësi nuk ka kohë për të jetuar.
Në nxehtësinë dhe stuhinë e Tokës së hershme, disa lëndë të para duhet të jenë mbledhur në qeliza të papërpunuara
Muri i jashtëm i qelizës është aq thelbësor, disa studiues të origjinës së jetës argumentojnë se duhet të ketë qenë gjëja e parë që u shfaq. Ata mendojnë se përpjekjet e “gjenetikës së parë” të diskutuara në kapitullin e tretë dhe idetë e “metabolizmit të parë” të diskutuara në kapitullin e katërt, janë të gabuara. Alternativa e tyre – “compartmentalisation-first” (kompartmentalizimi – së pari) – ka kampion in e vet Pier Luigi Luisi në Universitetin Roma Tre në Romë të Italisë.
Arsyetimi i Luisit është i thjeshtë dhe i vështirë për t’u debatuar. Si mund të krijoni një metabolizëm pune ose një ARN të vetë-përsëritur, secila prej të cilave mbështetet në një shumë të kimikateve në një vend, nëse nuk keni një enë për të mbajtur të gjitha molekulat?
Nëse e pranoni këtë, ka vetëm një mënyrë që jeta të ketë filluar. Disi, në nxehtësinë dhe stuhinë e Tokës së hershme, disa lëndë të para duhet të jenë mbledhur në qeliza të papërpunuara, ose “protocells” (paraqeliza). Sfida është që kjo të ndodhë në një laborator: për të krijuar një qelizë të thjeshtë të gjallë.
Të gjitha gjallesat janë të përbëra nga qelizat
(Credit: Cultura Creative RF/Alamy)
Luisi mund të gjurmojë idetë e tij gjatë gjithë rrugës për te Alexander Oparin dhe në agimin e origjinës së shkencës në BRSS – të diskutuara në Kapitullin e parë. Oparin theksoi faktin që kimikate të caktuara formohen në blloqe të quajtura koacervate, të cilat mund të mbajnë substanca të tjera në bërthamat e tyre. Ai sugjeroi se këto koacervate ishin protocellet (paraqelizat) e para.
Sfida ishte për të bërë protocells nga vetëm sendet e duhura
Çdo substancë yndyrore ose me vaj do të formojë blobe ose filma në ujë. Këto kimikate njihen kolektivisht si lipide, dhe ideja që ata formuan jetën e parë është quajtur “Bota lipide“.
Por vetëm formimi i blobeve nuk mjafton. Blobet duhet të jenë të qëndrueshme, ata duhet të jenë në gjendje të ndahen për të formuar blobet vajza dhe ata kanë nevojë të paktën ta kontrollojnë atë që lëviz brenda dhe jashtë tyre – të gjitha këto pa proteinat e përpunuara që përdorin qelizat moderne, për t’i arritur këto gjëra.
Sfida ishte për të bërë protocells (paraqeliza) nga vetëm sendet e duhura. Megjithë përpjekjen e shumë substancave gjatë dekadave, Luisi kurrë nuk ka bërë asgjë aq të gjallë, sa të jetë bindëse.
Qelizat u krijuan disi
(Credit: Christian Jegou/Publiphoto Diffusion/Science Photo Library)
….
….
….
Zbulimet tona ndryshojnë pikëpamjen, se si e shohim botën
(Credit: Nasa/ESA/Samantha Cristoforetti)
Kjo do të thotë që po i afrohemi një ndarjeje të madhe në historinë njerëzore: ndarjen mes atyre që e njohin historinë e fillimit të jetës dhe atyre që nuk mundën kurrë.
Disa nga njerëzit e gjallë sot do të bëhen të parët në histori, të cilët me sinqeritet mund të thonë se e dinë se nga kanë ardhur
Çdo person i vetëm që vdiq para se Darvini të botonte Origjina e Specieve në vitin 1859, nuk ishte në dijeni të origjinës së njerëzimit, sepse ata nuk dinin asgjë për evolucionin. Por gjithkush i gjallë tani, duke përjashtuar grupe të izoluara, mund të njohë të vërtetën për lidhjen tonë me kafshët e tjera.
Ngjashëm me këtë, të gjithë ata që kanë lindur, pasi Yuri Gagarin u rrotullua në orbitën e Tokës në vitin 1961, kanë jetuar në një shoqëri që mund të udhëtojë për në botë të tjera. Edhe nëse ata nuk shkojmë kurrë, udhëtimi në hapësirë është një realitet.
Këto fakte ndryshojnë botëkuptimin tonë në mënyra delikate. Sigurisht, ato na bëjnë më të mençur. Evolucioni na mëson të vlerësojmë çdo gjë tjetër të gjallë në tokë, sepse ata janë kushërinjtë tanë. Udhëtimi hapësinor na lejon të shohim botën tonë nga një distancë, duke zbuluar se sa e veçantë dhe e brishtë është ajo.
Disa nga njerëzit e gjallë sot do të bëhen të parët në histori, të cilët me sinqeritet mund të thonë se e dinë se nga kanë ardhur. Ata do të dinë se çfarë ishte paraardhësi i tyre i fundit dhe ku jetonte.
Kjo njohuri do të na ndryshojë. Në një shkallë të pastër shkencore, ajo do të na tregojë se si mund të jetë jeta në Univers, dhe ku ta kërkojnë. Dhe kjo do të na tregojë diçka rreth natyrës thelbësore të jetës. Por përtej kësaj, ende nuk mund ta dimë mençurinë, që do të zbulojë origjina e jetës.
Lexo shkrimin e plotë në anglisht nga BBC:
http://www.bbc.com/earth/story/20161026-the-secret-of-how-life-on-earth-began
Shënime:
1. coacervates – një gjendje e lëngshme viskoze (xhelatinoze), e pasur me colloide (përzierje), që mund të ndahet nga një zgjidhje koloidale me shtimin e një komponenti të tretë.
