Og det ble liv

Dette innlegget publiseres elektronisk på HonestThinking.org etter avtale med forfatteren.

Av Jarl Giske, professor i biologi, Universitetet i Bergen.

I evolusjonsdebatten fremsettes ofte påstanden om at selv den aller første celle må ha vært uhyre kompleks for å kunne gjennomføre alle prosesser som hører med til en celledeling, og at ”ærlige forskere” må innrømme at de ikke har noe håndfast utover spekulasjoner for hvordan liv kan ha oppstått. Sist gang en lignende påstand sto i Vårt Land i sommer var den fremsatt av Ingolf Kanestrøm, og jeg ble bedt om å komme ut av vage formuleringer om at avisen ikke hadde spalteplass til å ta dette opp. Men det har den virkelig ikke, og derfor skriver takker jeg for at dette nettstedet har plass nok.

Begrepet ”den første celle” er i seg selv misvisende. Det har ikke vært noe som var den første celle. Den moderne bakterielignende éncellet organisme er trolig om lag 3,6 milliarder år gammel. Men denne første celle ble også til gjennom en celledeling, av noe som var svært likt den selv. De celleliknende enhetene som gradvis utviklet seg til celler, kalles av mikrobiologene for progenoter. Det er først og fremst den amerikanske mikrobiologen Carl Woese som har studert arvestoffene i svært mange ulike mikroorganismer og derigjennom funnet ut at livet på jorda faktisk ikke deler én felles stamform. Før cellenes tid var havet bebodd av enklere nesten-celler eller celle-fragmenter. Disse hadde genetiske oppskrifter på å lage kopier av seg selv, og de inngikk stadig nye allianser med andre framtidige celledeler i kortlivede ”organismer”. Disse progenotene hadde ikke et sentralisert system for reproduksjon, og de var derfor evolusjonært sett langt mindre stabile enn hver av delene de besto av. Progenoter var dog den avanserte formen for ”liv” i trolig flere hundre millioner år. De var velorganiserte celleorganeller, med arvestoff (RNA og/eller DNA), proteiner, membraner og spesialiserte fysiologiske evner. ”Bevisene” vi har for eksistensen av progenoter er ikke fossile rester av dem i berggrunnen, men ”molekylære fossiler” av dem i arvestoffet til moderne organismer. Disse restene viser at det har vært mange evolusjonære kilder til alle hovedtyper av moderne organismer (se illustrasjonen).

Men progenoten er heller ikke den første. Johannes-evangeliet innledes med Bibelens korteste skapelsesberetning. Denne kalles Johannes-prologen og begynner med ”I begynnelsen var Ordet”. Dette kan faktisk også gjelde som en helt moderne naturvitenskapelig skapelsesberetning: i begynnelsen var den genetiske kode. Arvestoffet – Ordet – i alle moderne organismer, DNA, har en gang for lenge siden overtatt fra sin forløper og kjemisk sett nære slektning, RNA. Progenotene har gradvis blitt til i den perioden for omlag 3,8 milliarder år siden som kalles RNA-verdenen, ved at klumper av RNA og hjelpemolekyler gradvis ble mer og mer komplekse. De som først påsto at RNA var forløperen til DNA, gjorde med henvisning til at RNA i motsetning til DNA har ”autokatalytiske evner”, altså at molekylet kan kode for å lage en kopi av seg selv. En katalysator er et stoff som kan hjelpe en kjemisk reaksjon til å skje, uten at det selv blir forbrukt i prosessen. En auto-katalysator kan altså sørge for at en kopi av det selv dannes. RNA kan altså ha oppstått uten hjelp av proteiner og andre avanserte/moderne molekyler. I fjor ble det dessuten oppdaget at det sentrale maskineriet i ribosomene (de celle-delene som bygger proteiner i henhold til oppskriften i det genetiske materiale) faktisk er fire RNA-molekyler. Den dag i dag er det altså RNA som er det sentrale molekylet for bygging av organismen. DNA spiller en sentral rolle som ”sikkerhetskopi” av arvestoffet fra generasjon til generasjon, mens RNA gjør jobben i cellen.

Men RNA var trolig heller ikke den første. Kjemikerne har de siste 40 årene spekulert i hvilke typer av langkjedede organiske molekyler som lett kunne bli dannet i det før-biologiske urhavet, og som samtidig kunne være naturlige forløpere for RNA. Vi snakker nå om kjemiske forhold for 4,4 til 3,8 milliarder år siden. En av de fire fremste kandidatene til å være forløper for RNA kalles PNA. Det er et protein-lignende langkjedet molekyl som binder seg til de samme informasjonsbærende nukleotidene som RNA gjør. PNA kan ha vært den første bærer av det genetiske alfabet, og dermed det som ”i begynnelsen var Ordet”. Det er 40 år siden PNA ble foreslått til denne rollen, og det er også snart 40 år siden en meteoritt kalt Murchison-meteoritten landet i Australia. Kjemien har utviklet mange nye metoder i denne perioden, og så sent som i 2004 ble det kjent at denne meteoritten, som faktisk har båret med seg mer enn 500 forskjellige typer av organiske molekyler til jorda, også har fraktet minst 5 ulike diamino-monokarboksylsyrer, som er bygge-elementene i PNA. Dermed har vi grunn til å tro at også andre meteoritter kan har fraktet PNA-byggeklosser til Jorda. Den siste fasen med tung meteoritt-beskytning fra himmelrommet var for 4,2-3,8 milliarder år siden. Det er slett ikke sikkert at forløperne for livet på jorda må ha kommet ovenfra, men det er i alle fall tankevekkende at det akkurat i denne tida kom så mye tilført fra verdensrommet. Fysikerne har de seneste årene oppdaget at støvskyene mellom stjernene i stor grad består av karbonforbindelser, og meteorene som går i bane i vårt solsystem ble dannet fra en slik tåke da vårt solsystem ble til. (Men en annen og minst like viktig kilde til karbonforbindelser i det tidlige havet, er vulkansk virksomhet og varme kilder. Tidligere i sommer viste TV-stasjoner og aviser over hele verden video og bilder fra den nyoppdagede ”skorsteinen” i dyphavet nær Jan Mayen, der 300-graders varmt vann strømmer ut til stor velsignelse for varmetålende mikroorganismer).

Kanskje var PNA det første langkjedede molekyl på vår planet med evne til å lage en kopi av seg selv. Det vet vi ikke. Det er ikke funnet noen molekylære spor i moderne organismer som kan hjelpe oss til å finne svaret. Men i denne sammenheng er det ikke så viktig. Vi vet at allerede 160 millioner år etter at Jorda ble dannet, var overflata så kald at havet var dannet. (Denne informasjonen er også bare et par år gammel, og kommer fra kjemiske analyser av en 4,4 milliarder år gammel zirkon-krystall.) Vi vet at hundrevis av korte og lengre organiske forbindelser har landet i dette havet fra meteorer, og vi vet at vulkansk virksomhet skapte slike stoff også i dyphavet og i atmosfæren. Det er fremdeles veldig stor usikkerhet knyttet til hvordan atmosfæren var i de første hundre millioner av år på vår planet, men kjemikere har gjort svært mange eksperimenter basert på ganske ulike antakelser om hvordan atmosfæren og havet var, og i nesten alle tenkelige tilfeller så har ”havet” i disse eksperimentene endt opp med å akkumulere de organiske molekylene som har vært livets forløpere.

Det siste temaet jeg vil nevne, er påstanden om at informasjon ikke kan oppstå av seg selv, og heller ikke ved tilfeldigheter. Det høres jo rimelig ut, men det er det ikke. Den første informasjon var evne til å katalysere. Det finnes en uhorvelig mengde molekyler i naturen som har katalytiske evner, og det er også kjent flere enkle kjemiske autokatalytiske stoffer, altså stoffer som kan katalysere dannelsen av seg selv. Det neste vi trenger, er variasjon. Den enkleste måten å få det til på er ved produksjonsfeil. Autokatalytiske sett, i form av PNA eller andre, dannet helt naturlig en stor variasjon i kjemisk sammensetning bare ved hjelp av kopifeil. De dårligste feil-kopiene mistet opphavets autokatalytiske evne, de beste feil-kopiene kunne kopiere seg selv på en billigere, raskere, eller sikrere måte enn opphavet. Dermed har vi arvelig informasjon, kilde til variasjon, og naturlig seleksjon. Mer trengs ikke.

Jarl Giske

Universitetet i Bergen