Ny hypotese om livets oprindelse modsiger den gængse teori
De helt specielle økosystemer, der findes omkring såkaldte hydrotermiske væld på havbunden, har fået nogle forskere til at spekulere på, om det måske er under sådanne ekstreme forhold, at livet i sin tid har udviklet sig. Hypotesen bliver understøttet af den seneste forskning.
Ursuppe livets oprindelse evolution bakterie membran koncentrationsgradient protoner energi hydrotermiske væld molekulær biologi celler

Fortalerne for den traditionelle teori har stillet sig skeptiske over for den nye teori, men hypotesen om de hydrotermiske væld - der oftes beskrives som eksotisk og kontroversiel - leverer faktisk en forklaring på, hvordan levende celler udviklede evnen til at skaffe sig energi, hvilket simpelthen ikke var muligt i ursuppen.
(Foto: NOAA Photo Library/Flickr, CC BY-SA)

Fortalerne for den traditionelle teori har stillet sig skeptiske over for den nye teori, men hypotesen om de hydrotermiske væld - der oftes beskrives som eksotisk og kontroversiel - leverer faktisk en forklaring på, hvordan levende celler udviklede evnen til at skaffe sig energi, hvilket simpelthen ikke var muligt i ursuppen. (Foto: NOAA Photo Library/Flickr, CC BY-SA)
Partner The Conversation

Videnskab.dk oversætter artikler fra The Conversation, hvor forskere fra hele verden selv skriver nyheder og bringer holdninger til torvs

I næsten 90 år har 'ursuppen' været naturvidenskabens foretrukne forklaring på livets opståen. 

Teorien lyder, at en ekstern energikilde - et lynnedslag eller et ultraviolet lys - satte gang i livets begyndelse gennem en række kemiske reaktioner i et mineralholdigt, varmt vandhul på Jordens overflade.

Men nu understøtter ny forskning en helt anden teori: 

Livet opstod i oceanerne i hypotermiske væld; udstrømninger i dybhavet fyldt med næringsrigt vand.

LÆS OGSÅ: Var det her Jordens første liv?

Hypotesen forklarer, hvordan celler skaffede energi

Et studie publiceret i Nature Microbiology foreslår, at alle levende cellers sidste fælles forfader levede af hydrogengasser fundet i varme jernholdige miljøer, der lignede de forhold, man finder i de hydrotermiske væld.

Fortalerne for den traditionelle teori har stillet sig skeptiske over for den nye teori, men hypotesen om de hydrotermiske væld - der oftes beskrives som eksotisk og kontroversiel - leverer faktisk en forklaring på, hvordan levende celler udviklede evnen til at skaffe sig energi, hvilket simpelthen ikke er muligt i ursuppen.

LÆS OGSÅ: Reagensglas fra 1959 indeholdt livets byggesten

Kan skabe de nødvendige molekylære byggeklodser

Ifølge den traditionelle teori startede livets opståen, da et lynnedslag eller et ultraviolet lys var skyld i, at enkle molekyler blev bragt sammen i mere komplekse kemiske forbindelser.

Det kulminerede i dannelsen af molekyler, der kunne lagre information, og som ligner vores egen DNA, placeret i de beskyttende, primitive celler.

De biologiske grundprincipper for liv

En levende organisme har en interaktion med omgivelserne på en eller anden måde.

Noget levende kan potentielt reproducere sig, ellers dør det hurtigt ud.

Noget levende kan indtage og omsætte energi og på den måde opretholde sig selv.

En levende organisme har noget information, der kan styre dele af den, generelt hvordan visse komponenter skal bygges.

Ser man på livets grundlæggende enhed - cellen - så er der nogle vigtige ting, man må kunne forklare oprindelsen af.

Alle cellens funktioner udføres af aktive molekyler kaldet enzymer (som i dag kaldes proteiner), og en celle skal således have et sådant enzymapparat til rådighed for sit stofskifte. 

Cellen skal ligeledes have et 'informationssystem', der indeholder opskriften på, hvordan cellen laves og fungerer, og som bliver videregivet relativt fejlfrit til alle dens efterkommere.

Laboratorieforsøg har bekræftet, at man faktisk godt kan skabe ganske små spor af de nødvendige molekylære byggeklodser - proteiner og informationssystemerne - under disse betingelser.

Derfor mente mange forskere også, at ursuppen var den mest sandsynlige teori for livets opståen.

LÆS OGSÅ: Store opdagelser: Livets oprindelse

Liv handler ikke kun om replikation af information

Men liv handler jo ikke kun om at replikere information lagret i DNA.

Alt levende skal formere sig for at overleve, men opbygningen og dannelsen af cellens enzymapparat og informationssystem helt fra bunden kræver enorme mængder energi.

Afgørende for livet er mekanismer, der kan skaffe energi fra omgivelserne og efterfølgende lagre og konstant styre energien ind i cellernes metaboliske reaktioner (stofskiftereaktioner, red.)

LÆS OGSÅ: Fra ingenting til de første atomer

Ursuppe livets oprindelse evolution bakterie membran koncentrationsgradient protoner energi hydrotermiske væld molekulær biologi celler

Hydrotermiske væld er udstrømninger i dybhavet af 20-400 °C varmt, næringsrigt vand i spredningszoner i forbindelse med jordskorpens bevægelser. Baseret på kemoautotrofe bakterier findes her et rigt og specialiseret dyreliv. Det er næringstilskuddet, ikke varmen, som betinger koncentrationen af bakterier i og nær ved åbningerne for udstrømmende vand.
(Foto: U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration/Wikimedia Commons)

Ursuppen havde ikke de rette betingelser

Hvor denne energi kommer fra, og hvordan den finder vej derhen, kan fortælle os en masse om de universelle principper, der styrer livets udvikling og oprindelse.

Nyere forskning antyder i stigende grad, at ursuppen ikke havde de rette betingelser for dannelsen af de første levende celler.

Alt liv på Jorden får energi fra solen. Energien fastholdes af planterne eller ekstraheres fra enkle forbindelser som eksempelvis hydrogen eller metan.

Alt liv udnytter denne energi på den samme - ret mærkelige - måde.

LÆS OGSÅ: Overraskende resultater skubber til opfattelsen af livets udvikling

Hydroelektrisk dæmning

Processen foregår lidt som en hydroelektrisk dæmning. I stedet for at forsyne stofskiftereaktionerne med energi direkte, benytter cellerne energi fra føden til at pumpe protoner (positiv elektrisk ladede elementarpartikler) ind i et lager beskyttet af en naturlig membran.

Derved skabes en såkaldt koncentrationsgradient, hvilket egentlig blot betyder, at der er en koncentrationsforskel af protoner på hver sin side af membranen.

Ved en koncentrationsgradient vil et stof fra den side af membranen med høj koncentration gerne over til den side, hvor der er lav koncentration, og dette kan ske ved passiv transport (uden brug af energi). 

Men hvis et stof skal overføres fra siden med lav koncentration til den anden side med høj koncentration, er der brug for energi, og så kaldes det for aktiv transport. 

Protonerne flyder tilbage gennem de molekylære turbiner indesluttet i membranen, på samme måde som vand flyder igennem en dæmning. 

Det genererer energirige forbindelser, der bruges til at drive cellens andre aktiviteter.

LÆS OGSÅ: Her er videnskabens største opdagelser

Protongradienter var den mest tilgængelige energikilde

Livet kunne have udviklet sig for at udnytte hvilken som helst af Jordens utallige energikilder; lige fra varme eller elektriske udslip til naturlig, radioaktiv malm.

Men i stedet er alle livsformer drevet af koncentrationsforskellen af protoner ved cellernes membraner.

Det antyder, at de første levende celler anskaffede sig energi på en lignende måde, og at livets opståen fandt sted under forhold, hvor protongradienter var den mest tilgængelige energikilde.

LÆS OGSÅ: Bakterier stortrives på bunden af Marianergraven

Hypotesen om de hypotermiske væld

Forskning baseret på gen-par, der sandsynligvis var tilstede i de første levende celler, leder forskerne på sporet af livets opståen i dybhavets hydrotermiske væld.

Disse porøse sprækker i Jordens overflade er dannet genenm kemiske reaktioner mellem massive klippestykker og vand.

Alkaliske væsker fra Jordens skorpe strømmer op gennem vældene i retning mod det mere syreholdige havvand. Det skaber en naturlig protonkoncentration, der ligner dem, der forsyner alle levende celler med drivkraft, helt bemærkelsesværdigt.

Studiet foreslår, at kemiske reaktioner i de primitive celler blev drevet af disse ikke-biologiske protongradienter i de tidligste stadier af livets udvikling.

LÆS OGSÅ: Hvad er en bakterie?

Cellerne lærte at producere deres egne gradienter

Senere lærte cellerne at producere deres egne gradienter. De strømmede ud ad vældene og koloniserede resten af havet og med tiden hele planeten.

Selvom fortalerne for ursuppe-teorien argumenterer for, at elektrostatiske ladninger eller solens ultraviolette stråling var drivkraften bag livets første kemiske reaktioner, er intet liv på Jorden i dag drevet af disse volatile (flygtige, red.) energikilder.

Selve kernen i livets energiproduktion er iongradienter på tværs af biologiske membraner.

Intet, der bare lignede en lille smule, kunne være opstået i den varme ursuppe på Jordens overflade. 

Under disse forhold har de kemiske forbindelser og ladede partikler en tendens til at blive jævnt fortyndet i stedet for at danne gradienter eller ikke-ekvilibrium-stadier, der er så afgørende for livet.

LÆS OGSÅ: Hvad er liv?

Hydrotermiske væld er det eneste mulige sted 

Dybhavets hydrotermiske væld repræsenterer det eneste miljø, der muligvis ville være i stand til at skabe komplekse, organiske molekyler med det samme maskineri, der kan udnytte energi, som nutidens celler.

Ursuppen gav mening dengang, vi ikke vidste så meget om de universelle principper.

Men i takt med at vores forståelse bliver bedre, er det på tide, at vi tager alternative hypoteser til os; hypoteser der anerkender vigtigheden i den energiforandring, der driver de tidligste biokemiske reaktioner.

Disse teorier slår uden problemer bro mellem de levende celler og de ikke-levende molekyler.

Arunas L. Radzvilavicius modtager støtte fra Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC). Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation.

Oversat af Stephanie Lammers-Clark

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs her om, hvordan forskerne tog billedet af atomerme.