Viata – doar chimie si fizica (3)   Leave a comment

11. CARACTERISTICILE VIETII

In capitolele anterioare am prezentat cum au aparut caramizile vietii si abundenta acestora in Univers. Mai mult, am demonstrat cum apar prin reactii chimice compusi organici complexi regasiti atat in materia nevie cat si in entitatile vii, ramand doar un pas de facut spre ceea ce numim „VIATA„. Privind retrospectiv si la scara macro, „viata” este un efect al complexitatii posibile (si chiar probabile) a unor compusi chimici, nu exista un hotar care desparte lumea vie de cea nevie.

Dupa cum se va vedea, NU ESTE VORBA DE UN „MARE PAS”, CI DE MAI MULTI PASI MAI MICI parcursi in natura in MILIARDE DE ANI de conditii propice !

Unele persoane se intreaba neincrezatoare  „cum de s-a intamplat ca tocmai noi sa beneficiem de aceste conditii favorabile, nu se poate, sansa e prea mica !”  Aceasta este o eroare logica, IN PRIMUL RAND NU ESTE O PROBLEMA CARE TINE DE PROBABILITATI/INTAMPLARE, CI ESTE VORBA DE UN DETERMINISM FIZICO- CHIMIC,  VIATA VA APAREA CU SIGURANTA ORIUNDE CONDITIILE PERMIT (inclusiv in alte forme decat cele terestre). In al doilea rand, daca ne incapatanam sa gandim in termeni de sansa, noi TREBUIE SA PRIVIM LUCRURILE PRIN PRISMA CASTIGATORULUI LOTERIEI, PENTRU CA NOI CHIAR SUNTEM CASTIGATORII LOTERIEI ! Este ca si cum i-ai spune laureatului de la 6/49 ca este imposibil sa fi castigat realmente Marele Premiu, caci avea sanse de numai 1/1.000.000.000 ! Nu este relevant ca sansa era foarte mica, important este ca ceilalti au pierdut si el a castigat ! (O sa regasiti aceasta idee sub denumirea de „principiul antropic”).

Sa revenim la caracteristicile care deosebesc materia vie de cea nevie. Desi acest subiect este inca in dezbatere si supus actualizarilor odata cu noile descoperiri stiintifice, s-au cristalizat elementele definitorii ale VIETII (cel putin in sens terestru – un Univers cvasi-infinit poate oricand sa ne surprinda), respectiv:

AUTODEZVOLTARE (crestere, schimburi cu mediul, etc);

AUTOCONSERVARE (homeostaza, autoprezervare);

AUTOREPRODUCERE (replicare);

Actualmente exista 2 curente stiintifice privind aparitia primelor fiinte, unii cercetatori considera ca primul pas a fost AUTOREPLICAREA primelor forme de ARN, ulterior aparand membrana celulara in jurul acestora, altii considera ca mai intai au aparut entitati protocelulare capabile de AUTOCONSERVARE si AUTODEZVOLTARE – deci cu un metabolism primitiv, care abia apoi au achizitionat ARN capabil de autoreplicare.

12. TEORII si EXPERIMENTE privind aparitia vietii

N-o sa insist prea mult in aceasta directie, gasiti pe net material mai aprofundat. Este de subliniat ca, de fapt, in trecut nici nu s-au facut eforturi serioase in aceasta directie, nu era o tinta profitabila pentru marile laboratoare si nici nu era un subiect prea bine vazut de opinia publica, preponderent religioasa. Desigur, existau si obstacole tehnologice. Sa trecem in revista totusi principalele teorii si experimente:

Teoria Oparin-Haldane

Savantul rus Oparin (în 1924) şi omul de ştiinţă britanic Haldane (în 1929, înainte ca lucrarea lui Oparin să fi fost tradusă în engleză) au emis, independent unul de celălalt, teoria apariţiei vieţii din materie anorganică, în condiţiile existente pe Pământ în urmă cu cca. 3,8 miliarde de ani, aşa cum credeau ei că au fost: atmosfera reducătoare, lipsită de oxigen; descărcări electrice; radiaţii ultraviolete puternice. Primele alcătuiri care, deşi lipsite de viaţă, amintesc oarecum de ceea ce numim celule, ar fi putut fi aşa-zisele coacervate – mici picături sferice de materie organică, plutind într-un lichid, care prezinta proprietati de crestere si diviziune (datorate presiunii osmotice). Oparin a sugerat că acestea ar fi putut fi un fel de precursori ai celulelor. Asemenea structuri apar spontan în anumite soluţii de substanţe organice şi au fost studiate, în 1932, de cercetătorul olandez de Jong, care a realizat diverse experimente cu coacervate, demonstrând că acestea posedă, la un nivel rudimentar, proprietăţi asemanatoare materiei vii.

Experimentul Urey-Miller

În 1952, savantul american Harold Urey a publicat o lucrare în care descria compoziţia probabilă a atmosferei terestre pe vremea când se presupunea că ar fi apărut viaţa. Urey susţinea că, spre deosebire de atmosfera actuală (care conţine 78% azot şi 21% oxigen), atmosfera străveche era constituită mai ales din metan, amoniac şi hidrogen, alături de vapori de apă. Urey i-a propus unui foarte promiţător student de-al său, Stanley Miller, să întreprindă un proiect de cercetare în cadrul căruia să încerce să sintetizeze compuşi organici într-un mediu asemănător atmosferei primare a Terrei.

Dupa aplicarea unor descarcari de 60.000  de volti timp de 1 zi unui amestec de gaze similar cu atmosfera straveche a Terrei, solutia obtinuta continea un mare numar de substante organice complexe, despre care se stia ca sunt prezente in materia vie: 25 de aminoacizi (cei mai abundenti fiind glicina, alanina si acidul aspartic), diversi acizi grasi, zaharuri, hidroxiacizi si amide. „Moleculele vietii“ fusesera pentru prima data obtinute pe cale artificiala!

In experimente similare, C.Ponnamperuma pe langa aminoacizi, a mai obtinut si diferite baze azotate prezente in ADN: adenina, guanina, uracil si timina. Ulterior, J. Shram a obtinut nucleotide.

Teoria protenoidelor

Experimentele făcute de S.W. Fox în 1965-1969 arată că, din acizii aspartic şi glutamic, se pot forma aminoacizi si polimeri, numiţi proteinoide sau proteinoizi datorită însuşirilor comune cu ale proteinelor. În anumite condiţii de temperatură, şi în prezenţa apei sărate, acestea pot forma microsfere (=coacervate), care au însuşirea de a-si spori volumul prin adăugarea altor proteinoizi sau prin absorbţia substanţelor din mediu, precum si însusirea de a se înmulţi prin diviziune. Acestea, la rândul lor, pot să se transforme în nişte lanţuri asemănătoare cu algele. De aici ar fi putut porni evoluţia vieţii.

Ipoteza Eigen

La inceputul anilor ’70, o echipa de cercetatori de la Institutul Max Planck, condusa de Manfred Eigen, a intreprins un studiu matematic asupra posibilei origini a vietii. Savantii au incercat sa analizeze stadiile intermediare dintre starea de haos molecular si sistemele macromoleculare capabile de autoreproducere. Evident, era nevoie de un sistem de stocare a informatiei pe baza careia se realiza replicarea – reproducerea cu exactitate a structurii initiale.

Eigen si echipa sa au pornit de la ipoteza ca acest sistem ar fi putut fi reprezentat de catre ARN (acidul ribonucleic). Acesta produce o enzima care, la randul ei, catalizeaza formarea unui nou sistem de stocare etc., totul intr-un scenariu ciclic – asa-numitul hiperciclu. Aplicand un model matematic acestei secvente de evenimente, devine teoretic posibila crearea unor „cvasispecii“ care intra ulterior in moara selectiei naturale, pe baza modelului propus de Darwin – schema clasica a evolutiei prin supravietuirea celui mai bine adaptat.
Ceea ce a facut plauzibil modelul propus de Eigen a fost descoperirea faptului ca ARN, in anumite conditii, se poate transforma intr-o ribozima, o enzima care catalizeaza ea insasi formarea ARN.

Teorii si experimente moderne

In anii ‘80, Günter Wächtershäuser a propus o solutie alternativa (diferita de cea a lui Miller si Urey) pentru explicarea aparitiei polimerilor vietii. Pornind de la ideea ca evolutia vietii este in esenta una chimica, el a afirmat ca substantele organice ar fi putut lua nastere din compusi gazosi simpli, fara implicarea unei surse externe de energie (reprezentata, in teoria lui Urey, de radiatia ultravioleta si descarcarile electrice).

Sursa de energie se gasea chiar pe Pamant: sulfurile de fier (din minerale ca pirita) sau alte sulfuri metalice. Reactiile de oxidoreducere din aceste substante minerale ar fi putut furniza energia necesara formarii substantelor organice si chiar formarii oligomerilor (lanturi alcatuite dintr-un numar mic de molecule organice) si polimerilor (lanturi lungi, alcatuite dintr-un mare numar de molecule de monomer).

Ipoteza lui Wächtershäuser mai presupune si faptul ca aceste substante ar fi putut evolua ulterior in entitati cu functii metabolice, capabile de autocataliza si autoreplicare – entitati care sa fi precedat formele de viata pe care le cunoastem astazi. Experimentele realizate au avut drept rezultat obtinerea unor cantitati mici de dipeptide (alcatuite din doi aminoacizi) si tripeptide – adica pasi in directia obtinerii unui proto-ARN.

Teoria lui Wächtershäuser a fost imbunatatita in 2002, prin cercetarile lui William Martin si Michael Russell. Acestia au imaginat un scenariu conform caruia reactiile propuse de Wächtershäuser s-ar fi desfasurat in izvoarele hidrotermale submarine, aflate la mari adancimi. Aici exista din abundenta sulfuri metalice, provenite din mantaua terestra. In asemenea formatiuni, moleculele nou-sintetizate s-ar fi putut gasi in concentratii mai mari, fapt ce sporea sansele formarii oligomerilor, iar diferentele de temperatura ar fi permis desfasurarea unor tipuri diferite de reactii in diversele parti ale sistemului (de exemplu sinteza monomerilor in regiunile mai fierbinti si oligomerizarea in zonele cu temperaturi mai scazute). Fluxul apei incarcate cu sulfuri metalice reprezinta o sursa continua de energie, iar in modelul propus, etapele evolutiei spre celula vie (reactii chimice prebiotice, sinteza monomerilor si a oligomerilor, sinteza peptidelor si a proteinelor, aparitia ARN, a ribonucleoproteinelor si a ADN) s-ar putea succeda in una si aceeasi structura, permitand schimburile intre stadii. Ultimul stadiu ar fi formarea unei membrane lipidice care ar izola entitatile si cu asta s-ar fi nascut prima celula. Ea ar fi acum capabila sa paraseasca izvorul hidrotermal si sa inceapa o dezvoltare independenta.

Alte modele vehiculate la ora actuala in lumea stiintifica includ:
– ipoteza autocatalizei, propusa de Richard Dawkins (exista substante care catalizeaza propria lor formare si acestea ar fi putut fi replicatoarele moleculare simple necesare inceputului);
– teoria argilei, lansata de Graham Cairns-Smith in 1985 (moleculele organice complexe s-ar fi putut forma, treptat, pe un substrat alcatuit din  substante anorganice, si anume din cristale de silicati in solutie);
– teoria subterana lansata de Thomas Gold in 1990, consecutiv descoperirii in roci situate la cativa km adancime sub scoarta a unor structuri filamentoase ce contineau ADN – conform careia viata nu a aparut la suprafata Terrei, ci la cativa kilometri sub aceasta.
– A.Katchasky (Israel) a forumulat Teoria absorbtiei care presupune că apariţia vieţii a fost posibilă datorită prezenţei în mediu a unor minerale speciale (montmorilomit). Aceste minerale, manifestând proprietăţi catalitice, favorizează desfăşurarea reacţiilor de sinteză, absorbţia compuşilor organici şi chiar selecţia lor în prezenţa factorilor nefavorabili. A.Katchasky impreuna cu colaboratorii săi a reuşit să obţină polimeri ai aminoacizilor cu mase moleculare relativ ridicate, sugerând astfel o altă cale de apariţie a protobiopolimerilor.  Cercetari mai recente, vin sa completeze teoria catalizarii compusilor prebiotici, la suprafata diverselor minerale, cum sunt mica, diamantul, etc.

Variantele de stanga si de dreapta ale isovalinei

Variantele izometrice de stanga si de dreapta ale iso-valinei. (Credit: nasa.gov)

Teoria panspermiei

Sunt convins ca o cunoasteti, presupune ca viata, probabil sub forma microorganismelor, provine din spatiu. Adica o contaminare accidentala. Nu ma entuziasmeaza aceasta teorie, nu pentru ca n-ar fi posibil asa ceva (ba chiar s-a confirmat ca diverse microorganisme au rezistat cu succes in spatiu cosmic pe suprafetele navetelor spatiale, rezista la impactul meteoritilor cu solul, avem meteoritul Murchinson plin de componente prebiotice, etc) ci pentru ca nu solutioneaza dilema- chimia protobiotica ramane aceeasi, este universala, deci problema ar fi doar translatata si nu rezolvata.

Trebuie mentionat totusi un studiu recent, care, analizand aminoacizii gasiti intr-un meteorit,  a remarcat ca, dintr-un motiv inca necunoscut, exista o preponderenta masiva a variantei izometrice cu orientare spatiala de stanga a iso-valinei, exact cum se intampla si in aminoacizii din ARN/ADN-ul vietuitoarelor terestre ! Aceasta ar putea fi o dovada ca viata de pe Terra ar putea proveni din spatiu, sau cel putin caramizile vietii.

Contributii foarte recente la problematica abiogenezei

In 2003 prof. Gunther von Kiedrowski A REUSIT SA SINTETIZEZE PRIMA MOLECULA CAPABILA DE AUTOREPLICARE – un fragment de acid dezoxiribonucleic compus din 6 perechi de baze !!! Detalii despre aceste experimente gasiti aici: http://www.arkat-usa.org/get-file/19231/

In 2008, profesorul american Craig Venter a anuntat crearea PRIMEI SPECII ARTIFICIALE cu un cod ADN generat de un computer,  o specie de bacterii denumita Mycoplasma mycoides, eveniment istoric generator atat de oportunitati cat si de riscuri !!!

In 2008, la simpozionul Societatii Internationale pentru Studiul Originii Vietii s-au reunit 350 de cercetatori care au prezentat 310 comunicari – aici puteti citi sinteza preocuparilor cele mai recente privind originea vietii:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2691805/pdf/11084_2009_Article_9164.pdf

12. CONCLUZII PRIVIND ABIOGENEZA (APARITIA VIETII)
 Pana in acest moment, nu se cunoaste cu siguranta care a fost calea exacta si imprejurarile certe prin care materia anorganica s-a agregat in protocelule, desi cred ca s-a parcurs mai mult de 90% din acest drum si marele anunt poate sosi dintr-o clipa in alta.  Dar deja sunt atat de multe dovezi „circumstantiale”, incat produc o demonstratie deja suficienta !

Cei sceptici scapa din vedere si ciurul selectiv al naturii, care in MILIARDE DE ANI  SI MILIARDE DE LOCURI a avut timp sa TESTEZE un numar colosal de solutii si variante ale problemei aparitiei vietii, DIN CARE AU AJUNS PANA LA NOI NUMAI VARIANTELE REUSITE ! Problema este similara cu evolutia speciilor, nu este nevoie sa gasesti fiecare veriga in parte, incepand cu prima , ca sa-ti dai seama de veridicitatea fenomenului evolutiv. Insusi faptul ca materia are capacitatea de a se agrega in forme complexe, chiar daca acele conditii au fost asigurate intr-un laborator, este o garantie ca undeva, pe Pamant, in Sistemul Solar sau aiurea s-a intamplat de nenumarate ori, si este bine cunoscut caracterul „infectios” al organismelor vii. Mie unul imi pare ca este o problema mai mare sa opresti aparitia vietii in medii propice decat s-o initiezi si precis ca ne vom lovi de aceasta problema in viitorul omenirii !

Un argument al abiogenezei (=aparitia vietii din componente anorganice) este si faptul ca NATURA FACE GRESELI ! Daca viata ar fi fost creata dupa o „reteta” sau, de pilda, daca omul ar fi fost creat dupa „chipul si infatisarea” lui Dumnezeu cum scrie in Biblie, ar trebui sa fie o creatie perfecta. Realitatea ne arata in schimb ca natura lucreaza prin incercari, ca exista o mare variabilitate, o anumita instabilitate a lumii vii – fireasca intr-un Univers in schimbare permanenta. Tocmai aceasta instabilitate este o sursa a evolutiei ! Dar tot ea produce aberatii, malformatii, maladii, etc.

Un alt aspect pe care as vrea sa-l subliniez este „vointa” presupus inteligenta a primelor forme de viata. Fratilor, nu este vorba de inteligenta in acceptiunea umana, nici vreun duh sfant care anima prima celula vie si care a „hotarat” ca trebuie sa se multiplice, este vorba de o „inteligenta” chimica, o repetitivitatea a unor structuri chimice stabilita de legile generale care actioneaza in natura (in special forta electromagnetica) si care reactioneaza adecvat cu alte structuri chimice. Daca vreti, este acelasi tip de „inteligenta” care face ca busola sa indice nordul si soarele sa apuna seara !

Comportamentul protocelulelor a fost ghidat de mediu prin „contramasuri”/mecanisme chimice, abia din momentul aparitiei unui sistem nervos la formele de viata superioare se poate vorbi de inteligenta in sens clasic ! Altfel, putem spune generic ca intreaga materie este inteligenta, ca stocheaza informatie, etc, dar numai in sens fizico-chimic !

La final, sa vedem un clip care trece in revista etapele abiogenezei in forma ei cea mai probabila:

In partea a 4-a a acestui articolul vom vedea ca viata nu are o reteta singulara, vom discuta despre protobionti, forme stravechi ale primelor bacterii si alge, metode de valorificare a energiei din mediu, structuri si solutii ale vietii in extremofilele descoperite pana in acest moment – o mica parte din lumea cvasi-infinita a microorganismelor ! Vom discuta putin si despre mecanismele evolutiei. Mai apoi vom vorbi si despre constiinta, precum si perspectivele evolutiei pe termen indepartat.

Posted 12 Iulie 2011 by Liviutz in Stiinta

Tagged with , , , , , , , , ,

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile despre tine sau dă clic pe un icon pentru autentificare:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s