Store opdagelser: Livets oprindelse
Hvordan opstod livet på Jorden? De gamle grækere forestillede sig, at liv opstod spontant, for det var jo tydeligt for enhver, at mikrober og svampe hurtigt overdækkede gamle madrester.

Det er svært at forestille sig liv uden vand, og megen af NASA’s søgen efter liv på andre planeter handler derfor om at finde vand. Som her, hvor robotten Curiosity Rover afsøger planeten Mars. (Foto: NASA’s Curiosity Rovers selvportræt, 2012. NASA/JPL-Caltech/Malin Space Science Systems)

 

I renæssancen skrev den belgiske kemiker Jan Baptista van Helmont (1580-1644) endda en detaljeret opskrift på, hvordan mus kunne opstå inden for 21 dage ud af den rette blanding af beskidt undertøj og hvede.

Og vi kan finde flere lignende og specifikke opskrifter på, hvordan man kunne skabe insekter som bier og sommerfugle.

Alt liv kommer fra liv

Indtil midten af 1800-tallet handlede diskussionen om den spontane genese af liv mest om, hvorvidt komplicerede livsformer, altså 'rigtige' dyr og planter, kunne opstå under gunstige omstændigheder.

Den spontane genese måtte dog for evigt stedes til hvile i 1859, da den franske kemiker Louis Pasteur (1822-1895) udførte sit siden så berømte 'svanehalseksperiment', hvor han i svanehalslignende kolber kogte bouillon og derved kunne påvise, at levende organismer ikke opstår spontant.

Når blandingen havde været kogt og blev holdt isoleret fra den omgivende luft, var den steril; her levede ingen mikroorganismer. Den klare konklusion var, at alt liv kommer fra liv: Omne vivum ex vivo.

Det skabes det første organiske molekyle i et laboratorium

Pasteurs reelt meget simple forsøg førte til en opdagelse af enorm betydning for konservering af fødevarer, forståelsen af infektionssygdomme og nødvendigheden af, at liv opstår af liv. Den bragte imidlertid ikke en afklaring på, hvordan livet på Jorden var opstået.

Men allerede inden Pasteur afviste den spontane genese, syntetiserede den tyske kemiker Friedrich Wöhler (1800-1882) urinstof fra ammoniumcyanat. Det var i 1828.

Det betød, at han hermed skabte det første organiske molekyle i et laboratorium, det vil sige at man for første gang kunne lave et biologisk stof fra dets kemiske uorganiske grunddele.

Livets oprindelse var (og er) mystisk

Inden for samme halve århundrede, i 1850, fulgte den tyske kemiker Adolph Streckers (1822-1871) syntese af aminosyren alanin.

Fakta

 

Denne artikel stammer fra bogen '50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben'. Bogen bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag. Køb bogen her

 

Videnskabsmændene forsøgte i stor stil at skabe de nødvendige byggesten for liv – aminosyrer, proteiner og celler – men selv primitivt liv kunne ikke frembringes i laboratorierne.

Livets oprindelse var (og er) omgærdet af mystik, selvom det ikke skortede på vilde ideer om, at komplekse enzymer kunne opstå af sig selv.

Det var også en populær hypotese, at det første liv på Jorden kunne være fotosyntetiserende som de planter, vi kender i dag, hvor organiske molekyler (sukker) dannes fra CO2 og vand gennem brug af energien i sollys.

Betingelserne for liv var tisltede i 'ur-suppen'

Problemet med dette forslag var, at fotosyntesen kræver en koordineret vekselvirkning mellem en lang række enzymer, som ikke ville have haft megen overlevelsesmæssig betydning, medmindre de alle er til stede samtidigt.

Der var imidlertid mange videnskabsmænd, der spekulerede over andre muligheder for, hvordan livet kunne være opstået på Jorden. Charles Darwin skrev i februar 1871 til vennen Joseph Dalton Hooker (1817-1911):

»Men hvis vi kunne forestille os en varm lille dam med alle mulige slags ammoniak, fosforsalte, lys, varme og elektricitet, hvor et protein blev kemisk dannet, som derefter undergik yderligere ændringer …«

I en varm 'ursuppe' forestillede Darwin sig med andre ord, at betingelserne for liv var til stede; her kunne livet opstå.

Komplekse organiske molekyler kunne være opstået i atmosfæren

Det var han ikke ene om at forestille sig, men vi skal frem til henholdsvis 1924 og 1929, før først den russiske biokemiker Alexander I. Oparin (1894-1980) og siden den engelske evolutionsbiolog John B.S. Haldane (1892-1964) uafhængigt af hinanden argumenterede for, at komplekse organiske molekyler kunne være opstået i Jordens oprindelige atmosfære, hvis den havde været meget reduceret og med tilstrækkelige mængder metan (CH4), brint (H2), ammoniak (NH4) og vanddamp (H2O) – men ingen ilt.

Hverken Oparin eller Haldane udførte egentlige eksperimenter, og vi skal endnu et par årtier ind i det 20. århundrede, før der for alvor kom gang i sådanne undersøgelser.

Kosmokemi skabes som nyt forskningsfelt

Stromatolitter på strande ved Australiens vestkyst menes at være dannet af blågrønalger for mere end 3 milliarder år siden, og de repræsenterer nogle af de tidligste levn af liv på Jorden.

Men så sker der til gengæld et gennembrud. Fysikeren og astronomen Harold Clayton Urey (1883-1981), som havde tilbragt året 1923 hos Niels Bohr i København og i 1934 modtaget Nobelprisen for opdagelsen af tungt brint (deuterium), altså en brintisotop hvor kernen består af både en proton og en neutron.

Med en indsigt i isotoper, fik Urey hen mod slutningen af 2. Verdenskrig den tanke at bruge fordelingen af iltisotoper til at estimere temperaturen igennem Jordens udvikling.

I 1952 udgav han værket The Planets. Their Origin and Development, som i høj grad var med til at skabe et helt nyt forskningsfelt – kosmokemi – og som ansporede ham til at undersøge, hvordan liv kunne være opstået på Jorden.

I efteråret 1951 holdt Urey et foredrag på University of Chicago om solsystemets opståen og muligheden for, at organiske molekyler kunne skabes i en reduceret primitiv atmosfære på en planet som Jorden. Blandt tilhørerne sad en meget ung ph.d.-studerende, Stanley L. Miller (1930-2007).

 

Komplekse organiske forbindelser krævede energi

Millers interesse var vakt, og han kontaktede Urey med et forslag om at udføre eksperimenter for at undersøge, om de kunne skabe organiske, det vil sige levende, molekyler i en kunstig atmosfære, der ligner den, man mener fandtes kort efter Jordens skabelse.

Urey gik modvilligt med til at starte forsøgene, og de to var enige om, at komplekse organiske forbindelser ikke kunne opstå spontant i en blanding af metan, brint, ammoniak og vanddamp, uden at der tilførtes energi.

De ræsonnerede, at denne energi kunne være tilført i form af lynnedslag omkring den unge Jord.

 

Aminosyrer er livets essentielle byggesten

Miller og Urey designede derfor en opstilling, hvor to glaskolber blev forbundet med glasrør. I den ene kolbe placerede de en elektrode, der simulerede elektriske udladninger under et lynnedslag, mens den anden kolbe kunne opvarmes, så de kunne simulere vanddamp, der steg op i atmosfæren.

I toppen af opstillingen satte de et u-formet glasrør, så vand kunne kondensere og løbe tilbage i stil med regnvand. Forsøget blev sat i gang i efteråret 1952, og allerede efter to dage formede der sig et mørkt og olieret bundfald.

Vandmænd og gopler tilhører rækken Cnidaria og er blandt de mest primitive flercellede dyr på Jorden i dag. (Vandmand. Foto: Leonardolo)

Miller kunne vise, at bundfaldet ('ur-suppen') indeholdt glycin – den simpleste aminosyre, vi kender. Efter endnu nogle dage fandt han også andre aminosyrer. Det var vigtigt, fordi aminosyrer er nogle af livets essentielle byggesten.

Byggesten, som altså kunne opstå spontant under omstændigheder, som lignende dem, man antog fandtes i Jordens unge dage.

 

Der kunne skabes en lang række molekyler i kunstig atmosfære

Den opsigtsvækkende opdagelse blev præsenteret for kolleger kort efter de første analyser, og allerede den 14. februar 1953 forelå et færdigt manuskript, som blev publiceret i det prestigefyldte tidsskrift Science.

Miller og Urey kunne senere frembringe en lang række organiske molekyler i den kunstige atmosfære.

'Urey-Miller forsøgene', som vi kalder forsøgene, var afgørende ved at igangsætte en eksperimentel videnskabelig analyse af, hvordan liv kunne starte på vores blå planet.

Ikke overraskende har resultaterne mødt både ros og udbredt kritik, blandt andet fordi der er så megen usikkerhed om den tidlige atmosfæres sammensætning.

Desuden fortsætter debatten om, hvordan liv kunne tænkes at være opstået selv efter dannelsen af aminosyrer og simple proteiner (der er kæder af aminosyrer).

 

Yderligere undersøgelser vil forhåbentlig give mere viden

Det er derfor endnu uklart (og meget omdiskuteret), om livet startede i en 'protein-verden' efterfulgt af DNA og det beslægtede RNA som arvemateriel, eller hvorvidt RNA allerede var en del af det tidligste liv.

RNA kan have en enzymatisk funktion og stod måske derfor for deres egen replikation i en ren 'RNA-verden'. RNA og protein kunne også være opstået samtidigt, for RNA, DNA og enzymer kan jo netop i en molekylær 'ur-suppe' dannes spontant under de rette omstændigheder.

Det er nok usandsynligt, at man nogensinde vil kunne afgøre, hvad der skete på vores Jord for de snart 3,8 milliarder år siden, hvor livet opstod – og hvilke kemiske udviklingsprocesser der foregik fra dannelsen af Jorden til de første spæde tegn på levende organismer.

Vi kan imidlertid håbe, at yderligere undersøgelser, også af for eksempel tidlige livsstadier på andre planeter og måner, vil give os fornyet indsigt.

Videnskab.dk Podcast

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