elgavrilis's blog

Πριν από περίπου έναν και πλέον αιώνα, το ερώτημα «Πώς ξεκίνησε η ζωή;», το οποίο απασχολούσε τους ανθρώπους σε όλη την ιστορία τους, έφτασε σε αδιέξοδο. Μέχρι τότε είχαν δοθεί δύο απαντήσεις: η μία ότι η ζωή είχε δημιουργηθεί υπερφυσικά και η άλλη ότι προκύπτει συνεχώς από το μη ζωντανό. Η πρώτη εξήγηση βρισκόταν εκτός επιστήμης· η δεύτερη αποδείχθηκε τώρα αστήρικτη. Για ένα διάστημα οι επιστήμονες ένιωσαν κάποια δυσφορία που δεν είχαν καμία απάντηση. Έπειτα σταμάτησαν να θέτουν το ερώτημα.

Πρόσφατα έχουν βρεθεί ξανά τρόποι να θεωρηθεί η προέλευση της ζωής ως επιστημονικό πρόβλημα – ως ένα γεγονός εντός της τάξης της φύσης. Εν μέρει αυτό είναι αποτέλεσμα νέων πληροφοριών. Αλλά μια θεωρία δεν προκύπτει ποτέ από μόνη της, όσο πλούσια και ασφαλή κι αν είναι τα γεγονότα. Είναι μια πράξη δημιουργίας. Οι τρέχουσες ιδέες μας σε αυτόν τον τομέα συγκεντρώθηκαν για πρώτη φορά σε ένα σαφές και δικαιολογημένο επιχείρημα από τον Ρώσο βιοχημικό A. I. Oparin σε ένα βιβλίο με τίτλο «Η Προέλευση της Ζωής», που εκδόθηκε το 1936. Πολλά μπορούν να προστεθούν τώρα στη συζήτηση του Oparin, ωστόσο παρέχει τη βάση πάνω στην οποία έχουμε χτίσει όλοι εμείς που ενδιαφερόμαστε για αυτό το θέμα.

Η προσπάθεια να κατανοήσουμε πώς προήλθε η ζωή εγείρει μια μεγάλη ποικιλία επιστημονικών ερωτημάτων, τα οποία οδηγούν σε πολλές και ποικίλες κατευθύνσεις και θα πρέπει να καταλήξουν ρίχνοντας φως σε πολλές σκοτεινές γωνιές

Στο επίκεντρο της προσπάθειας βρίσκεται η ελπίδα όχι μόνο να εξηγηθεί ένα μεγάλο γεγονός του παρελθόντος – όσο σημαντικό κι αν θα έπρεπε να είναι αυτό – αλλά και να αποδειχθεί ότι η εξήγηση είναι εφικτή. Αν μπορέσουμε πράγματι να κατανοήσουμε πώς ένας ζωντανός οργανισμός προκύπτει από το μη ζωντανό, θα πρέπει να είμαστε σε θέση να κατασκευάσουμε μία μόνο από τις απλούστερες περιγραφές, σίγουρα, αλλά ταυτόχρονα αναγνωρίσιμα ζωντανή. Αυτή είναι μια τόσο μακρινή πιθανότητα τώρα που κανείς μόλις τολμά να την αναγνωρίσει· αλλά παρ’ όλα αυτά υπάρχει.

Μια απάντηση στο πρόβλημα του πώς προήλθε η ζωή είναι ότι δημιουργήθηκε. Πρόκειται για μια κατανοητή σύγχυση της φύσης με την τεχνολογία. Οι άνθρωποι έχουν συνηθίσει να φτιάχνουν πράγματα· είναι προφανές ότι αυτά που δεν φτιάχτηκαν από ανθρώπους φτιάχτηκαν από ένα υπεράνθρωπο ον. Οι περισσότεροι από τους πολιτισμούς που γνωρίζουμε περιέχουν μυθικές αφηγήσεις για μια υπερφυσική δημιουργία ζωής. Η δική μας παράδοση παρέχει μια τέτοια αφήγηση στα πρώτα κεφάλαια της Γένεσης. Εκεί μας λένε ότι ξεκινώντας από την τρίτη ημέρα της Δημιουργίας, ο Θεός έφερε στο φως ζωντανά πλάσματα – πρώτα φυτά, μετά ψάρια και πουλιά, μετά χερσαία ζώα και τέλος τον άνθρωπο.

Αυθόρμητη Γένεση

Τα πιο λογικά στοιχεία της κοινωνίας, ωστόσο, έτειναν να υιοθετούν μια πιο φυσιοκρατική άποψη για το θέμα. Αρκούσε να αποδεχτεί κανείς τα στοιχεία των αισθήσεών του για να καταλάβει ότι η ζωή προκύπτει τακτικά από το μη ζωντανό: σκουλήκια από λάσπη, σκουλήκια από σάπιο κρέας, ποντίκια από διάφορα είδη σκουπιδιών. Αυτή είναι η άποψη που ονομάστηκε αυθόρμητη γένεση. Λίγοι επιστήμονες την αμφέβαλλαν. Ο Αριστοτέλης, ο Νεύτωνας, ο Γουίλιαμ Χάρβεϊ, ο Ντεκάρτ, ο βαν Χέλμοντ, όλοι δέχονταν την αυθόρμητη γένεση χωρίς σοβαρή αμφιβολία. Πράγματι, ακόμη και οι θεολόγοι – μάρτυρες ο Άγγλος Ιησουίτης Τζον Τέρμπερβιλ Νίντχαμ – μπορούσαν να συμφωνήσουν με αυτήν την άποψη, καθώς η Γένεση μας λέει ότι όχι ότι ο Θεός δημιούργησε τα φυτά και τα περισσότερα ζώα απευθείας, αλλά ότι έδωσε εντολή στη γη και τα νερά να τα γεννήσουν. Δεδομένου ότι αυτή η οδηγία δεν ανακλήθηκε ποτέ, δεν υπάρχει τίποτα αιρετικό στο να πιστεύουμε ότι η διαδικασία συνεχίστηκε.

Αλλά βήμα προς βήμα, σε μια μεγάλη διαμάχη που εκτείνεται σε δύο αιώνες, αυτή η πεποίθηση εξαφανίστηκε μέχρι που δεν έμεινε τίποτα από αυτήν Πρώτος ο Ιταλός Φραντσέσκο Ρέντι έδειξε τον 17ο αιώνα ότι το κρέας που τοποθετείται κάτω από ένα κόσκινο, έτσι ώστε οι μύγες να μην μπορούν να αφήσουν τα αυγά τους πάνω του, δεν αναπτύσσει ποτέ σκουλήκια. Στη συνέχεια, τον επόμενο αιώνα, ο Ιταλός αββάς Λαζάρο Σπαλαντσάνι έδειξε ότι ένας θρεπτικός ζωμός, απομονωμένος από τον αέρα κατά το βράσιμο, δεν αναπτύσσει ποτέ μικροοργανισμούς και επομένως δεν σαπίζει ποτέ. Ο Νίντχαμ διαμαρτυρήθηκε ότι το υπερβολικό βράσιμο του Σπαλαντσάνι είχε καταστήσει τον ζωμό, και ακόμη περισσότερο τον αέρα από πάνω του, ασύμβατο με τη ζωή. Ο Σπαλαντσάνι μπορούσε να υπερασπιστεί τον ζωμό του. Όταν έσπασε τη σφράγιση των φιαλών του, επιτρέποντας σε νέο αέρα να εισέλθει, ο ζωμός άρχισε αμέσως να σαπίζει. Δεν μπορούσε, ωστόσο, να βρει τρόπο να δείξει ότι ο αέρας στη σφραγισμένη φιάλη δεν είχε αλλοιωθεί. Αυτό το πρόβλημα τελικά λύθηκε από τον Λουί Παστέρ το 1860, με μια απλή τροποποίηση του πειράματος του Σπαλαντσάνι. Ο Παστέρ χρησιμοποίησε επίσης μια φιάλη που περιείχε βραστό ζωμό, αλλά αντί να σφραγίσει τον λαιμό, τον τράβηξε έξω σε μια μακριά καμπύλη σε σχήμα S με το άκρο της ανοιχτό στον αέρα. Ενώ τα μόρια του αέρα μπορούσαν να περνούν ελεύθερα μπρος-πίσω, τα βαρύτερα σωματίδια σκόνης, βακτηρίων και μούχλας στην ατμόσφαιρα παγιδεύονταν στα τοιχώματα του καμπυλωτού λαιμού και σπάνια έφταναν στον ζωμό. Σε μια τέτοια φιάλη, ο ζωμός σπάνια μολύνθηκε. Συνήθως παρέμενε διαυγής και αποστειρωμένος επ’ αόριστον.

Αυτό ήταν μόνο ένα από τα πειράματα του Παστέρ. Δεν είναι εύκολο να αντιμετωπίσεις μια τόσο βαθιά ριζωμένη και κοινή λογική πεποίθηση όπως αυτή της αυθόρμητης γενιάς. Δεν μπορεί κανείς να ζητήσει τίποτα καλύτερο σε ένα τέτοιο πέρασμα από έναν θορυβώδη και πεισματάρη αντίπαλο, και αυτό ο Παστέρ είχε το φυσιοδίφη Φελίξ Πουσέ, του οποίου τα επιχειρήματα ενώπιον της Γαλλικής Ακαδημίας Επιστημών οδήγησαν τον Παστέρ σε όλο και πιο αυστηρά πειράματα. Όταν τελείωσε, δεν έμεινε τίποτα από την πίστη στην αυθόρμητη γένεση.

Λέμε αυτή την ιστορία στους αρχάριους φοιτητές της βιολογίας σαν να αντιπροσωπεύει έναν θρίαμβο της λογικής επί του μυστικισμού. Στην πραγματικότητα, είναι σχεδόν το αντίθετο. Η λογική άποψη ήταν να πιστεύουμε στην αυθόρμητη γένεση. Η μόνη εναλλακτική, να πιστεύουμε σε μια μοναδική, πρωταρχική πράξη υπερφυσικής δημιουργίας. Δεν υπάρχει τρίτη θέση. Για αυτόν τον λόγο, πολλοί επιστήμονες πριν από έναν αιώνα επέλεξαν να θεωρήσουν την πίστη στην αυθόρμητη γένεση ως «φιλοσοφική αναγκαιότητα». Είναι σύμπτωμα της φιλοσοφικής φτώχειας της εποχής μας ότι αυτή η αναγκαιότητα δεν εκτιμάται πλέον. Οι περισσότεροι σύγχρονοι βιολόγοι, έχοντας εξετάσει με ικανοποίηση την πτώση της υπόθεσης της αυθόρμητης γένεσης, αλλά απρόθυμοι να αποδεχτούν την εναλλακτική πίστη στην ειδική δημιουργία, δεν έχουν τίποτα.

Νομίζω ότι ένας επιστήμονας δεν έχει άλλη επιλογή από το να προσεγγίσει την προέλευση της ζωής μέσω μιας υπόθεσης της αυθόρμητης γένεσης. Αυτό που η διαμάχη που εξετάστηκε παραπάνω έδειξε ως αβάσιμο είναι μόνο η πεποίθηση ότι οι ζωντανοί οργανισμοί εμφανίζονται αυθόρμητα υπό τις παρούσες συνθήκες. Τώρα πρέπει να αντιμετωπίσουμε ένα κάπως διαφορετικό πρόβλημα: πώς οι οργανισμοί μπορεί να έχουν εμφανιστεί αυθόρμητα υπό διαφορετικές συνθήκες σε κάποια προηγούμενη περίοδο, δεδομένου ότι δεν εμφανίζονται πλέον.

Το Έργο

Για να δημιουργηθεί ένας οργανισμός απαιτούνται οι σωστές ουσίες στις σωστές αναλογίες και στη σωστή διάταξη. Δεν πιστεύουμε ότι χρειάζεται κάτι περισσότερο, αλλά αυτό είναι αρκετό πρόβλημα. Οι ουσίες είναι το νερό, ορισμένα άλατα – όπως συμβαίνει, αυτά που βρίσκονται στον ωκεανό – και ενώσεις άνθρακα. Οι τελευταίες ονομάζονται οργανικές ενώσεις επειδή σπάνια εμφανίζονται παρά μόνο ως προϊόντα ζωντανών οργανισμών. Οι οργανικές ενώσεις αποτελούνται ως επί το πλείστον από τέσσερις τύπους ατόμων: άνθρακα, οξυγόνο, άζωτο και υδρογόνο.

Αυτά τα τέσσερα άτομα μαζί αποτελούν περίπου το 99% της ζωντανής ύλης, καθώς το υδρογόνο και το οξυγόνο σχηματίζουν επίσης νερό. Οι οργανικές ενώσεις που βρίσκονται στους οργανισμούς εμπίπτουν κυρίως σε τέσσερις μεγάλες κατηγορίες: υδατάνθρακες, λίπη, πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Οι εικόνες σε αυτήν και στις επόμενες τρεις σελίδες δίνουν μια ιδέα για τη σύνθεσή τους και τους βαθμούς πολυπλοκότητάς τους. Τα λίπη είναι τα απλούστερα, αποτελούμενα από τρία λιπαρά οξέα ενωμένα με γλυκερόλη. Τα άμυλα και τα γλυκογόνα αποτελούνται από μονάδες σακχάρου που συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μακριές ευθείες και διακλαδισμένες αλυσίδες. Γενικά, μόνο ένας τύπος σακχάρου εμφανίζεται σε ένα μόνο άμυλο ή γλυκογόνο. Αυτά τα μόρια είναι μεγάλα, αλλά σχετικά απλά. Η κύρια λειτουργία των υδατανθράκων και των λιπών στον οργανισμό είναι να χρησιμεύουν ως καύσιμο – ως πηγή ενέργειας.

Σχήμα: Οι υδατάνθρακες αποτελούν ένα από τα τέσσερα κύρια είδη ενώσεων που απαντώνται στους ζωντανούς οργανισμούς. Εδώ φαίνεται ένας πολυσακχαρίτης που συγκροτείται από δομικές μονάδες έξι ατόμων άνθρακα (εξόζες). Εδώ φαίνονται 3 συνδεδεμένες εξόζες.

Τα νουκλεϊκά οξέα εισάγουν ένα επιπλέον επίπεδο πολυπλοκότητας. Είναι πολύ μεγάλες δομές, που αποτελούνται από συσσωματώματα τουλάχιστον τεσσάρων τύπων μονάδων – τα νουκλεοτίδια που συνδυάζονται σε μεγάλη ποικιλία αναλογιών και αλληλουχιών. Μια σχεδόν ατελείωτη ποικιλία διαφορετικών νουκλεϊκών οξέων είναι πιθανή, και συγκεκριμένες διαφορές μεταξύ τους πιστεύεται ότι είναι ύψιστης σημασίας. Πράγματι, αυτές οι δομές θεωρούνται από πολλούς ως τα κύρια συστατικά των γονιδίων, των φορέων της κληρονομικής σύστασης.

Η ποικιλία και η εξειδίκευση, ωστόσο, είναι τα πιο χαρακτηριστικά των πρωτεϊνών, οι οποίες περιλαμβάνουν τα μεγαλύτερα και πιο σύνθετα γνωστά μόρια. Οι μονάδες από τις οποίες αποτελείται η δομή τους είναι περίπου 20 διαφορετικά αμινοξέα. Αυτά είναι συνδεδεμένα σε αλυσίδες εκατοντάδων έως χιλιάδων μονάδων μήκους, σε διαφορετικές αναλογίες, σε όλους τους τύπους αλληλουχίας και με τη μεγαλύτερη ποικιλία διακλάδωσης και αναδίπλωσης. Ένας σχεδόν άπειρος αριθμός διαφορετικών πρωτεϊνών είναι δυνατός. Οι οργανισμοί φαίνεται να εκμεταλλεύονται αυτή τη δυνατότητα, καθώς δεν υπάρχουν δύο είδη ζωντανών οργανισμών, ζώων ή φυτών, που να διαθέτουν τις ίδιες πρωτεΐνες

Τα οργανικά μόρια σχηματίζουν επομένως μια μεγάλη και τρομερή σειρά, ατελείωτης ποικιλίας και με την πιο εκπληκτική πολυπλοκότητα. Δεν μπορεί κανείς να φανταστεί ότι υπάρχουν οργανισμοί χωρίς αυτά. Αυτό ακριβώς είναι το πρόβλημα, γιατί για να κατανοήσουμε πώς προήλθαν οι οργανισμοί, πρέπει πρώτα απ’ όλα να εξηγήσουμε πώς μπόρεσαν να δημιουργηθούν τέτοια περίπλοκα μόρια. Και αυτή είναι μόνο η αρχή. Για να δημιουργηθεί ένας οργανισμός απαιτείται όχι μόνο μια τεράστια ποικιλία αυτών των ουσιών, σε επαρκείς ποσότητες και σωστές αναλογίες, αλλά και η σωστή τους διάταξη. Η δομή εδώ είναι εξίσου σημαντική με τη σύνθεση – και τι πολυπλοκότητα δομής! Η πιο πολύπλοκη μηχανή που έχει επινοήσει ο άνθρωπος – ας πούμε ένας ηλεκτρονικός εγκέφαλος – είναι παιχνιδάκι σε σύγκριση με τον απλούστερο ζωντανό οργανισμό. Το ιδιαίτερα δύσκολο είναι ότι η πολυπλοκότητα εδώ περιλαμβάνει τόσο μικρές διαστάσεις. Είναι σε μοριακό επίπεδο. Συνίσταται σε μια λεπτομερή προσαρμογή μορίου με μόριο, τέτοια που κανένας χημικός δεν μπορεί να επιχειρήσει.

Το Δυνατό και το Αδύνατο

Αρκεί να σκεφτεί κανείς το μέγεθος αυτού του έργου για να παραδεχτεί ότι η αυθόρμητη γένεση ενός ζωντανού οργανισμού είναι αδύνατη. Κι όμως, να που βρισκόμαστε εδώ – ως αποτέλεσμα, πιστεύω, της αυθόρμητης γένεσης. Θα βοηθήσει να παρεκκλίνουμε για λίγο από το θέμα –