Προέλευση της ζωής στη Γη σύμφωνα με την επιστήμη, το πείραμα Miller-Urey

Ο άνθρωπος ανέκαθεν αναρωτιόταν πώς άρχισε να υπάρχει στη Γη, ποιός τον δημιούργησε και γιατί δημιουργήθηκε. Ζητήματα τέτοιου είδους έχουν ερωτηθεί καθ' όλη την ανθρώπινη ιστορία. Κάθε αρχαίος στοχαστής, φιλόσοφος ή προφήτης, προσπάθησε να δώσει κάποια απάντηση σε αυτό το ερώτημα και να προτείνει κάποιο μηχανισμό για τη γέννηση της ζωής.

 

Ο άνθρωπος είναι μόνο ένα μικρό κομμάτι της ζωής. Στην πραγματικότητα, υπάρχει μια τεράστια ποικιλία από πλάσματα που μένουν γύρω μας. Πώς προέκυψαν; Μήπως τους συνδέουμε με οποιονδήποτε τρόπο; Αυτό το άρθρο προτείνει να σας μεταφέρουμε πίσω σε ένα μακρινό παρελθόν όταν δεν υπήρχε ζωή στον πλανήτη μας και σας βοηθά να φανταστείτε πώς θα μπορούσε να προέλθει η ζωή από αυτό το περιβάλλον. 

Πανσπερμία

 

Σύμφωνα με μια αρχαία ελληνική ιδέα, η ζωή υπάρχει σε όλο το σύμπαν. Διανεμήθηκε σε διάφορους πλανήτες σε μικρές μονάδες μέσω της σκόνης στο διάστημα, μέσω μετεωροειδών αντικειμένων, αστεροειδών ή κομητών. Θεωρήθηκε ότι κάτω από ευνοϊκές συνθήκες θερμοκρασίας και υγρασίας, αυτές οι μονάδες ζωής θα ζούσαν και θα γέννησαν μετά τα αρχικά ζωντανά όντα.

 

Η πανσπερμία αναφέρθηκε για πρώτη φορά  στα γραπτά του 5 ^ου αιώνα π.Χ., από τον Έλληνα φιλόσοφο Αναξαγόρα. Παρά το γεγονός ότι είναι παλιά, η ιδέα έλαβε μια πιο επιστημονική μορφή τα τελευταία χρόνια χάρη στη συμβολή των αστρονόμων  Fred Hoyle και Chandra Wickramasinghe.
 

Είναι πολύ γνωστό ότι η κοσμική σκόνη είναι παρούσα σε όλο το διάστημα. Οι Hoyle και Wickramasinghe πρότειναν το 1974 την υπόθεση ότι κάποια σκόνη στον διαστρικό χώρο ήταν σε μεγάλο βαθμό οργανική, την οποία ο Wickramasinghe αργότερα απέδειξε ότι ήταν σωστή.
 

Αλλά η Πανσπερμία υποθέτει ότι υπάρχει καθολική αποθήκη της ζωής σε ολόκληρο το διάστημα και έτσι αποφεύγεται η απάντηση στην ερώτηση για το πώς γεννήθηκε οπουδήποτε για πρώτη φορά.

 

Θεία Δημιουργία

 

Μια πεποίθηση, κοινή μεταξύ των ανθρώπων όλων των πολιτισμών, είναι ότι όλες οι διαφορετικές μορφές ζωής, συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπων, δημιουργήθηκαν ξαφνικά από μια θεϊκή τάξη πριν από περίπου 10.000 χρόνια. Αυτός ο μεγάλος αριθμός από πλάσματα ήταν πάντα ο ίδιος και θα διαρκέσει χωρίς αλλαγή από τη μια γενιά στην άλλη, μέχρι το τέλος του κόσμου.

 

Μια τέτοια θεωρία της δημιουργίας είναι παράλογη, επειδή απολιθώματα φυτών και ζώων υποδηλώνουν ότι η ζωή είναι πολύ παλαιότερη. Στην πραγματικότητα, μερικές έρευνες δείχνουν ότι η ζωή στη Γη υπήρχε και πριν από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για τους οποίους η συγκεκριμένη ιδέα είναι αναληθής. Είναι λοιπόν εκπληκτικό το γιατί οι άνθρωποι μπορεί να εξακολουθούν να κρατούν αυτό το σύστημα πεποιθήσεων.

 

Αυθόρμητη Γέννηση

 

Η θεωρία, γνωστή ως αυθόρμητη δημιουργία, έκρινε ότι οι σύνθετοι, ζωντανοί οργανισμοί θα μπορούσαν να προκύψουν από άψυχα αντικείμενα. Τα ποντίκια μπορεί να εμφανιστούν αυθόρμητα σε αποθηκευμένους κόκκους ή τα σκουλήκια μπορεί να εμφανιστούν αυθόρμητα στο κρέας. Αυτή η άποψη γεννήθηκε από τον Έλληνα φιλόσοφο και βιολόγο Αριστοτέλη.

Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, τα ζώα και τα φυτά δημιουργούνται στη γη και σε υγρό περιβάλλον επειδή υπάρχει νερό στη γη και αέρας μέσα στο νερό και σε όλο τον αέρα υπάρχει μια ζωτική θερμότητα, έτσι ώστε κατά μία έννοια όλα τα πράγματα να είναι γεμάτα από ψυχή. Επομένως, τα ζωντανά πράγματα σχηματίζονται γρήγορα, αφού αυτός ο αέρας και η ζωτική θερμότητα περικλείονται σε οτιδήποτε.

 

Η επιρροή του Αριστοτέλη ήταν τόσο μεγάλη και ισχυρή ώστε η δομή της αυθόρμητης δημιουργίας παρέμεινε αδιαμφισβήτητη για περισσότερο από δύο χιλιάδες χρόνια. Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη, ήταν μια εύκολα παρατηρήσιμη αλήθεια. Όμως, το 1668, ο ιταλός βιολόγος Franceso Redi  απέδειξε ότι δεν εμφανίστηκαν σκουλήκια στο κρέας (μέσα σε κλειστά δοχεία) όταν οι μύγες παρεμποδίστηκαν να τοποθετήσουν τα αυγά τους εκεί μέσα.

 

Η αυθόρμητη γέννηση δεν είναι πλέον συζητήσιμη μεταξύ των βιολόγων. Έως τα μέσα του 19 ^ου αιώνα, τα πειράματα του Louis Pasteur και άλλοι αντέκρουσε την παραδοσιακή θεωρία της αυθόρμητης γέννησης και υποστηρίζεται πια η βιογένεση, η ιδέα ότι μόνο η υπάρχουσα ζωή γεννά τη ζωή.

 

Χημική Εξέλιξη

Η ζωή όπως γνωρίζουμε βασίζεται σε μόρια που περιέχουν άνθρακα. Έτσι, ο σοβιετικός βιοχημικός Oparin και ο Βρετανός βιολόγος Haldane πρότειναν ότι η ζωή θα μπορούσε να προήλθε από απλά οργανικά μόρια. Με άλλα λόγια, για να κατανοήσουμε την προέλευση της ζωής, πρέπει να έχουμε μια γνώση των οργανικών μορίων στη γη.

Η πρώιμη Γη ήταν μια ζεστή πύρινη σφαίρα. Πηγές ενέργειας όπως κοσμικές ακτίνες, ακτινοβολία UV, ηλεκτρικές εκκενώσεις από κεραυνό και θερμότητα από ηφαίστεια, ήταν άμεσα τότε διαθέσιμες. Ως εκ τούτου, η γη ενήργησε σαν ένα μεγάλο εργοστάσιο που παράγει χιλιάδες χιλιάδες ενώσεις την ημέρα. Αυτή ήταν μια κατάσταση γεμάτη αναταραχή και μη ηρεμίας όπως τώρα. Σε αυτές τις δριμείες συνθήκες, το οξυγόνο δεν μπορούσε να παραμείνει ως ελεύθερο οξυγόνο. Συνδυάστηκε με άλλα στοιχεία σε ενώσεις όπως το νερό και ο ασβεστόλιθος. Επίσης σχηματίσθηκαν ενώσεις άνθρακα και υδρογόνου, όπως το μεθάνιο. Το άζωτο και το υδρογόνο συνδυάστηκαν για να σχηματίσουν αμμωνία. Αυτές οι ενώσεις ονομάζονται σήμερα οργανικές ενώσεις.

Με το πέρασμα του χρόνου, η γη είχε αρχίσει να κρυώνει. Καθώς ψύχθηκε επαρκώς, προκλήθηκαν παρατεταμένες βροχές λόγω της συμπύκνωσης του ατμού. Οι βροχές άρχισαν να συσσωρεύονται στις κοιλότητες της γης και έτσι σχηματίστηκαν οι ωκεανοί. Το νερό ήταν ζεστό και μια “σούπα” περιείχε διάφορα είδη οργανικών μορίων σε αφθονία.

 

Η αλληλεπίδραση μεταξύ αυτών των ενώσεων στα ζεστά νερά οδήγησε στο σχηματισμό ακόμα περισσότερων ενώσεων, οι οποίες μεταξύ άλλων περιείχαν επίσης αμινοξέα που είχαν στη σύνθεση τους άνθρακα, υδρογόνο, άζωτο και οξυγόνο. Αυτά τα αμινοξέα συνδυάζονται μεταξύ τους σε τεράστιους αριθμούς για να σχηματίσουν πρωτεΐνες, οι οποίες είναι τα δομικά στοιχεία της ζωής.

 

Πείραμα Miller-Urey

 

Κατά τη συζήτηση γεγονότων που πρέπει να έχουν συμβεί πριν από δισεκατομμύρια χρόνια, υπάρχει ένα ορισμένο ποσό εικασίας και αβεβαιότητας. Αλλά η συλλογιστική πρέπει να είναι σύμφωνη με πολλά διαθέσιμα στοιχεία καθώς και με τους βασικούς νόμους των φυσικών επιστημών.

 

Η παραπάνω ιδέα θα μπορούσε να δοκιμαστεί αναδημιουργώντας τις προτεινόμενες συνθήκες της πρώιμης γης σε ένα εργαστήριο.

 

Το 1952, οι Αμερικανοί βιοχημικοί Stanley Miller και Harold Urey έκαναν ακριβώς το ίδιο πράγμα, αλλά σε πολύ μικρή κλίμακα. Υποβλήθηκαν σε αέριο μίγμα μεθανίου, αμμωνίας, υδρατμών και υδρογόνου σε κλειστή φιάλη στους 80 βαθμούς Κελσίου με τη βοήθεια ηλεκτρικού σπινθήρα για μια εβδομάδα.

Όταν πέρασε η μία εβδομάδα διαπιστώθηκε ότι η εργαστηριακή διάταξη είχε σχηματίσει απλά αμινοξέα στον πυθμένα, τα οποία είναι απαραίτητα για το σχηματισμό πρωτεϊνών. Ο Miller και ο Urey είχαν δείξει ότι διάφορες οργανικές ενώσεις θα μπορούσαν να σχηματιστούν αυθόρμητα με προσομοίωση των συνθηκών της πρώιμης ατμόσφαιρας της γης, όπως υπέθεσαν οι Oparin και Haldane.

 

Η επιστημονική κοινότητα σε όλο τον κόσμο εντυπωσιάστηκε σε μεγάλο βαθμό από αυτό το επίτευγμα. Στην πραγματικότητα, τρία χρόνια μετά την επιτυχία του πειράματος του Μίλερ, ο Αμερικανός επιστήμονας Richard Feynman έγραψε ένα ποίημα, με τίτλο, ένα άτομο στο σύμπαν , γιορτάζοντας τις γνώσεις του ανθρώπου για την προέλευση της ζωής στη γη.

 

Ο Miller συνέχισε την έρευνά του μέχρι το θάνατό του το 2007. Όχι μόνο κατάφερε να συνθέσει όλο και περισσότερες ποικιλίες αμινοξέων αλλά παρήγαγε επίσης μια μεγάλη ποικιλία ανόργανων και οργανικών ενώσεων ζωτικής σημασίας για την κυτταρική κατασκευή και το μεταβολισμό. Χαιρετίζουμε τις προσπάθειες ενός τέτοιου επιστήμονα που αφιέρωσε τη ζωή του μελετώντας το πιο σημαντικό ζήτημα που είναι γνωστό στον άνθρωπο.