Livets uppkomst

Innehåll

1. Kan liv uppstå ur död materia? (Talk Origins / EvoWiki)

2. Bildade MUE endast två av de 20 livsnödvändiga aminosyrorna? (Talk Origins / EvoWiki)

3. Skulle solens UV-strålning ha sönderdelat de organiska föreningarna? (Talk Origins / EvoWiki)

4. Var den prebiotiska atmosfären syrerik? (Talk Origins / EvoWiki)

5. Motbevisar homokiraliteten hos livets aminosyror MUE? (Talk Origins / EvoWiki)

6. Uppstod den första cellen genom spontana kemiska reaktioner? (Talk Origins / EvoWiki)

Bredvidläsning


1. Kan liv uppstå ur död materia?

Genesis.nu: "Nej, det är väl närmast att betrakta som en naturlag att liv endast uppstår ur liv. Ingen har lyckats göra ett experiment där liv skulle ha uppstått ur död materia."

Getsemane.se: "Den totala sannolikheten för att ett medelstort protein på 500 aminosyror skall ha bildats av en slump är med andra ord 1/10150 · 1/10650 · 1/10150 vilket ger 1 chans på 10950.”

Svar: Det finns ingen naturlag som säger att "liv endast uppstår ur liv" och det finns ett antal mer eller mindre trovärdiga hypoteser för uppkomsten av liv från död materia, bl.a. "ursoppan i vattensamlingar", "heta djuphavskällor", "djupt nere i jordskorpan" samt "från rymden". Den mest kända av dessa är teorin om "ursoppan" (figur 1). Enligt denna teori bildades och ackumulerades diverse organiska föreningar spontant, med hjälp av bl.a. koldioxid, ammoniak och ultraviolett strålning, i jordens ursprungliga oceaner. Denna organiska syntes fortsatte sedan mot alltmer komplexa molekyler, tills en enkel självreproducerande form bildades. Dessa självreproducerande enheter utvecklades därefter genom evolution med naturligt urval, d.v.s. ren slump krävs endast för att få fram den enklaste självreproducerande molekylen. Vi vet ännu inte exakt vilka de första självkopierande molekylerna var, det är därför fullständig omöjligt att göra sannolikhetsberäkningar. Det bör även noteras att Getsemane.se:s beräkning baseras på hur ett protein blir fixt och färdigt i ett enda steg. Den anger därmed sannolikheten för en skapelse och inte för stegvis evolution! Det finns dock empiriska resultat som tyder på att denna första autokatalytiska molekyl var förvånansvärt enkel (mindre än 20 nukleotider). Med en hel ocean av ursoppa, och hundratals miljoner år, till sitt förfogande är det högst troligt att dessa molekyler kan ha uppkommit genom en ren slump. Flera vitala steg i den här kedjan har verifierats empiriskt, t.ex. i Miller-Urey-experimentet (1953). Vi vet även att självkopierande molekyler i provrör snabbt kan anrikas utifrån enkla blandningar. Det är också oskäligt av Genesis.nu att kräva duplicering i provrör av en process som kan ha tagit miljontals år och oceaner av ursoppa. I sådana fall kräver jag att de ska visa gudomlig skapelse av liv i ett provrör
 

  
Figur 1: Enligt teorin om "ursoppan" uppstod livet i jordens urspungliga oceaner.


2. Bildade MUE endast två av de 20 livsnödvändiga aminosyrorna?

Genesis.nu: "(…) bara de två enklaste av de 20 livsnödvändiga aminosyrorna bildades i experimentet, de vanligaste aminosyrorna bildades inte alls!"

Svar: Miller-Urey-experimentet (1953) simulerade de förhållanden som antogs råda då jorden bildades utifrån det material som omgav solen. I experimentet utsattes ett slutet system med metan, ammoniak, kokande vatten och vätgas för gnisturladdningar (figur 2). Resultatet blev 13 (ej två!) av de 20 livsnödvändiga aminosyrorna. De övriga sju kan ha bildats genom andra processer, t.ex. i rymden och förts till jorden via meteoriter (spektralanalys har visat att det finns organiska molekyler i båd kometer och meteoriter). Det är också möjligt att de övriga aminosyrorna inte var nödvändiga för det mest primitiva livet, utan har bildats då livet utvecklats. Detta stöds av biokemisk forskning, bl.a. har man rekonstruerat det tidiga livets proteinsekvenser och kunnat visa att de huvudsakligen bestod av de aminosyror som lättast bildas inom prebiotisk kemi. Miller-Urey-experimentet visade alltså tydligt att några av de mest grundläggande organiska monomererna som utgör livets polymeriska grundstenar faktiskt kan uppstå spontant.



Figur 2: Miller-Urey-experimentet gick ut på att syntetiskt framställa livets byggstenar genom att i ett laboratorium försöka återskapa de kemiska betingelser som rådde under jordens barndom.


3. Skulle solens UV-strålning ha sönderdelat de organiska föreningarna?

Genesis.nu: "Teorin har dock många problem (det har bl.a. experimenten visat), bl.a. dessa: solens ultravioletta ljus skulle ha brutit ner de organiska föreningarna (…)"

Svar: De organiska föreningarna bildades troligen vid heta djuphavskällor, djupt nere i jordskorpan eller i "ursoppan"; där skulle de ha varit väl skyddade från solens ultravioletta strålar. Ultraviolett strålning kan också starta reaktioner, genom att bryta kemiska bindningar, och därmed fungera som energikälla för att bygga upp mer komplexa organiska molekyler från enklare. Det bör också noteras att både DNA- och RNA-molekylerna är relativt motståndskraftiga mot ultraviolett strålning (figur 3). Ultraviolett strålning kan därför ha givit nukleinsyrorna en selektiv fördel och därmed varit ett viktigt inslag i livets uppkomst.


Figur 3: DNA och RNA.


4. Var den prebiotiska atmosfären syrerik?

Kreationism.info: "Numera talar man väldigt tyst om livets början, p.g.a. följande: Det som var förutsättningen för Millers experimet var att det absolut inte fick förekomma något syre i processen. Då föll aminosyrorna sönder. Man skulle då kanske föreställa sig att atmosfären på jorden till en början var en så kallad reducerande atmosfär, som skulle bestå just av metan, ammoniak, vätgas och vatten. Idag är dock forskare överrens om att en sådan atmosfär inte kan ha funnits."

Svar: Den prebiotiska atmosfären (atmosfären innan det fanns liv på jorden, figur 4:A) var rik på vattenånga, koldioxid, kolväten, kväveföreningar och väte (ca. 40% enligt en studie från 2005). Syrehalten var dock betydligt lägre än nu (< 0,1 %). Den har ökat först långt senare som en följd av att de gröna växterna vid fotosyntesen frigjort syre ur koldioxid och vatten. Detta stöds av ett antal empiriska evidens, bl.a. förekomsten av bandad järnmalm i jordens äldsta bergarter (2,5-1,8 miljarder år gamla, figur 4:B) samt kemisk analys av kondriter.

  
Figur 4: (A) Den tidiga jordens atmosfär bestod huvudsakligen av vattenånga, koldioxid, kolväten, kväveföreningar och väte. (B) Två miljarder år gammal bandad järnmalm

5. Motbevisar homokiraliteten hos livets aminosyror MUE?

Genesis.nu: "Teorin har dock många problem (det har bl.a. experimenten visat), bl.a. dessa: (…) kolföreningarna kan bildas som 'vänster-former' eller 'höger-former' (dvs det är samma molekyl, bara att de är spegelbilder av varandra). I experimenten var det – som man kunde förvänta – en 50/50-fördelning av vänster- och högerformer. I naturen förekommer dock endast vänster-formen!"

Svar:
Uppkomsten av homokiralitet hos livets aminosyror, d.v.s. det faktum att alla biologiska aminosyror har samma asymmetriska spegelegenskaper (de är "vänsterhänta", figur 5), är fortfarande en olöst fråga vad gäller den kemiska evolutionen. Det finns dock ett antal olika teorier:



Figur 5: De båda molekylerna är spegelbilder av varandra. Den ena är "högerhänt" och den andra "vänsterhänt".


6. Uppstod den första cellen genom spontana kemiska reaktioner?

Skapelsetro.se: "Den första cellen [figur 6:A] uppkom genom spontana kemiska reaktioner enligt utvecklingsläran, vilket de skapelsetroende är starkt kritiska mot."

Svar: Det finns ett flertal hypoteser för hur den första cellen bildades från enkla organiska molekyler. En del av dessa utgår från spontan bildning av självkatalytiska RNA-molekyler som därefter införlivats i primitiva cellmembran bestående av fosfolipider. Fosfolipider är en av de vanligaste fetterna i människokroppen och består av ett hydrofilt (vattenlösligt) huvud och en hydrofob (fettlöslig) svans. I vattenlösning bildar fosfolipider membran genom att vända de hydrofila delarna utåt och de hydrofoba delarna inåt (figur 6:B). Dessa är unika i sin semipermeabilitet och kan koncentrera makromolekyler i en utspädd miljö. I Miller-Urey-experimentet (och senare experiment) har det visat sig att fosfolipidmembran uppstår spontant så länge fettsyror finns närvarande i antingen den simulerade atmosfären eller urhavet. Inkorporeringen av RNA i dessa primitiva cellmembran kan ha skett vid de heta källor man finner längs oceanryggarna. Det är i alla fall den modell som biologen Jack W. Szostak lanserade på 90-talet. Vid oceanryggarna bildas ny havsbotten och den är i ett tidigt skede full av små porer. Genom att pressa en lösning av fettsyror, RNA och lera genom sådana porer visade Szostak att cellmembran inte bara bildas utan också spontant innesluter RNA! Dessa primitiva celler bildade en RNA-värld i vilken molekyler framför genetiska budskap och kopierar sig själva samt är utsatt för selektionstryck. Tidiga former av cellmembran kan även ha bildats spontant ur s.k. proteinoider, proteinliknande molekyler som bildas då aminosyror upphettas. När proteinoider uppnår en kritisk koncentration i vattenlösning bildar de mikrosfärer, som beter sig ungefär som membraninneslutningar. Enligt andra modeller skapades RNA-världen genom någon form av primitiv metabolism. Denna ståndpunkt framfördes första gången då den ryske biokemisten Alexander Oparin år 1924 lanserade idén om primitiva, självförökande vesiklar. Bland mer nyliga varianter på teorin finns Günter Wächtershäusers teori om järnsvavelvärlden och Christian de Duves modeller, som utgick från egenskaper hos tioestrar (kemiska föreningar som bildas då svavel binds till en acylgrupp). Bland de mer teoretiska och abstrakta argumenten finns en matematisk modell av Freeman Dyson och Stuart Kaufmans idéer om autokatalytiska mängder.


Figur 6: (A) Enligt Skapelsetro.se anser anhängare av "utvecklingsläran" att denna moderna cell uppkom genom spontana kemiska reaktioner. Faktum är dock att de enda som tror att inte bara den moderna cellen utan, hör och häpna, 100 biljoner celler uppstod "hux flux" är kreationister! (B) I vatten bildar fosfolipider spontant de lipidbilager som utgör stommen i de moderna cellmembranen. Den första cellen bestod troligen av en RNA-molekyl innesluten i ett sådant membran.


Bredvidläsning

En Kortfattad Historik Över Nästan Allting av Bill Bryson: "Föreställ dig att du tar alla beståndsdelar som tillsammans utgör en människa - kol, väte, syre och så vidare - och stoppar dem i en container med lite vatten, rör om ordentligt och ut kliver en fullbordad människa. Det vore häpnadsväckande. Och det är i grunden vad Hoyle och andra (däribland många nitiska kreationister) hävdar när de säger att proteiner spontant bildades alla på en gång. Det gjorde det inte - det är omöjligt. Som Richard Dawkins framhåller i sin bok Den Blinde Urmakaren måste det ha ägt rum något slags kumulativ urvalsprocess som gjorde det möjligt för aminosyror att länkas samman i långa kedjor. Två eller tre aminosyror kanske förenades för att utföra en uppgift och efter en tid stötte de på ett annat liknande kluster och 'upptäckte' en ytterligare förbättring."

Louis Pasteur Och Den Moderna Vetenskapen av René Dubos: "Livet, som det manifesterar sig för oss, är en funktion av universums asymmetri och av konsekvenserna härav. Universum är asymmetriskt; ty om alla de kroppar som bildar solsystemet och som rör sig individuellt placerades framför en spegel skulle spegelbilden inte sammanfalla med verkligheten. Till och med solljusets rörelse är asymmetriskt (…) Jordmagnetismen, motsättningen mellan polerna i en magnet och mellan positiv och negativ elektricitet är bara en följd av asymmetriska krafter och rörelser (…) Livets behärskas av asymmetriska krafter. Jag kan t.o.m. föreställa mig att alla levande varelser ursprungligen, till sin struktur och yttre form, är yttringar av kosmisk asymmetri. (…) Universum är en asymmetrisk helhet och jag är övertygad om att livet, så som det manifesterar sig för oss, är en funktion av universums asymmetri eller av de konsekvenser denna medför. Universum är asymmetriskt."

Bonniers Stora Verk Om Jordens Djur: Djurens Utveckling:"Detaljerna om livets allra tidigaste utveckling förblir svårgripbara, men huvuddragen av de första händelseförloppen börjar framträda. Prebiotiska reaktioner (d.v.s. kemiska reaktioner som fortgår utan medverkan av levande materia), kanske i varma grunda hav och sjöar eller på land i förening med lermineral, gav upphov till de grundläggande byggstenar för liv (som t.ex. proteiner, lipider och nukleinsyror) vilka slutligen ledde till bildandet av en replikerande (sig själv mångfaldigande) cell, sannolikt ganska lik vissa nutida bakterier. Den energi som behövdes för att driva dessa prebiotiska kemiska reaktioner kan ha kommit ur vulkaniska och radioaktiv hetta från jorden, blixtar och ultraviolett strålning, kanske förstärkt av ett ökat antal meteoritnedslag under en period för mer än 4000 miljoner år sedan. (…) I laboratoriet efterliknas dessa energikällor med hjälp av värme, elektriska urladdningar, ultraviolett strålning och tryckvågor, vilka har applicerats på olika blandningar av gaser och vatten, valda så att de förhoppningsvis så mycket som möjligt skulle motsvara jordens tidiga atmosfär. Sådana laboratorieförsök har kopierat den prebiotiska syntesen av såväl enkla som relativt komplicerade organiska molekyler och har t.o.m. gett en antydan om hur den första cellen bildades."

Prehistoric Past Revealed: The Four Billion Year History Of Life On Earth
av Douglas Palmer:"The 1950s saw the beginning of a renaissance in the investigation of life’s biological origins. It was an American physical chemist, Harold Urey (1893-1981), who became interested in the question and thought that the primitive Earth probably had a reducing atmosphere. He encouraged one of his students and later co-worker chemist, Stanley Miller (b. 1930), to try a series of lab experiments based on this notation. In 1953, Miller passed a mixture of methane, ammonia, and hydrogen through water into which electrical energy was continously sparked. Miller thought that this replicated in the simplest possible way the biochemical and physical conditions of early Earth. Within days, an impressive array of organic molecules were indeed synthesized, including 25 amino acids, which are the building blocks of proteins. Since then, other energy sources have been tried, including radiation and ultraviolet light, and even more complex molecules have been synthesized, including adenine, the base for nucleic acid. But how such molecules might have evolved into life is not clear. What would organize them? There is still no obvious mechanism – yet."

Savannliv: Djurs Och Människors Biologi I Vårt Afrikanska Urhem av Staffan Ulfstrand:
"Tag en livs levande varelse vilken du vill och undersök hur dess dagars upphov såg ut och leta dig allt längre bakåt i tiden, och resultatet blir - om du håller på länge nog - alltid detsamma: fysik och kemi. Livets uppkomst var en visserligen komplicerad men också fullkomligt naturlig kemisk reaktion under de betingelser, som rådde på jorden vid den tid då det begav sig. I princip är uppkomsten av molekyler med livets egenskaper - förökning, ärftlighet och variation - i vad som ibland kallas 'ursoppan' inte konstigare än att vissa kemiska förändringar inträffar i ditt frukostägg under dess fem minuters bad i kokhett vatten."

Fågel, Fisk & Folk – Från Beteendeekologins Forskningsfält av Staffan Ulfstrand: "Liv har funnits på jorden i omkring 4 miljarder år. Det uppstod i en kemisk miljö, som fundamentalt skilde sig från dagens. En av de viktigaste skillnaderna var frånvaron av fritt syre och följaktligen av oxidationsprocesser. Därför kunde alltmera komplicerade molekyler uppstå i den kemiska 'ursoppan'; i dagens oxiderande värld skulle de falla sönder lika fort som de bildades. Vissa av dessa molekyler hade den märkvärdiga egenskapen att ur mediet fånga in molekyler av olika slag, vilka byggdes om och kombinerades samt användes till att bygga kopior av den infångande molekylen, som alltså bedrev ett slags självkopiering. Andra kemiska ämnen fäste också på denna glupska molekyl och kom att bygga upp en alltmera komplicerad 'protobiont' (urvarelse). De ämnen, som hade denna märkvärdiga förmåga till självkopiering, var nukleinsyror, d.v.s. förstadier till de ribo- och deoxiribonukleinsyror (RNA resp. DNA), som utgör de genetiska informationsbärarna i alla dagens levande varelser. De molekyler, som nukleinsyrorna fångade upp ur mediet och som kom att omge dem med ett slags 'hölje' blev de olika typer av proteiner, d.v.s. de ämnen som bygger upp kroppen och utför dess mest väsentliga livsfunktioner hos moderna organismer. Livet uppstod således i form av successivt alltmera komplicerade aggregat av självkopierande nukleinsyror (…) och mångahanda proteiner, som kom att organiseras till ett alltmera sofistikerat maskineri för metabolism (ämnesomsättning) baserad på enzymatisk verksamhet. Enzymer har den speciella egenskapen att starta, reglera och avbryta kemiska processer utan att själva förbrukas. Emellertid är nukleinsyrornas självkopieringsmekanism inte ofelbar, utan ger visst utrymmer för smärre, slumpvisa förändringar i molekylens struktur och därmed i dess funktionssätt. Som ett resultat av sådana fabrikationsfel uppstod så småningom populationer av DNA-molekyler med omgivande hölje, som började visa en viss individualitet i skilda hänseenden. Viktigast var att de varierade med avseend på den hastighet, med vilken de kunde bygga nya kopior av sig själv. Det blir då ofrånkomligt att somliga DNA-varianter kom att öka, andra att minska i frekvens."