top of page

Abiogeneesin ongelmat: Monia esteitä

Tiedemiehet ovat pitkään tutkineet elämän kemiaa ja sitä miten miljoonia vuosia sitten elottomista molekyyleistä kehittyi ensimmäinen elävä solu. Toisin sanoen millainen kemiallinen tapahtumaketju sai aikaan elämän maapallolla. Laboratoriokokeissaan kemistit ovat yrittäneet jäljitellä varhaisen maan oletettuja olosuhteita ja näin on saatu aikaan muun muassa aminohappoja jotka ovat yksiä elämän rakennuspalikoista. Alansa parhaat tiedemiehet ovat jopa onnistuneet rakentamaan 'nanoautoja', pienen pieniä molekyylikulkuneuvoja, monimutkaisten kemiallisten prosessien avulla. Silti elämän alkuperä pysyy mysteerinä. Kukaan ei vieläkään tiedä miten luonto pystyi siihen, mihin yksikään huippuälykäs tiedemies ei ole vielä pystynyt, luomaan toimivan elävän solun elottomista molekyyleistä.



Sen tiedostaminen millaisia esteitä täytyy ylittää että edes yhden elämän rakennuspalikan muodostuminen on mahdollista voi auttaa meitä ymmärtämään millaista nerokasta hienosäätöä ja mutkikkuutta jota kokonaisen toimivan solun, joka koostuu lukuisista, lukuisista molekyyleistä, on vaatinut luonnon kemialliselta laboratoriolta.


Ensinnäkin toisin kuin kemistit luonto ei tiedä etukäteen mikä kemiallisen synteesin lopputulos pitäisi olla. Luonto toimii ilman suunnitelmaa. Synteettisen kemian laboratoriossa työskentely alkaa valitsemalla ensin kohde jota kohti pyritään ja suunnittelemalla reitti jolla tuohon haluttuun päämäärään päästään. Tätä suunnittelua kutsutaan retrosynteettiseksi analyysiksi. Nanoautojen rakentaja James Tour on sanonut, että pienikin funktion muutos nanoautoon vaatii suunnittelutyön aloittamista alusta. Tämän lisäksi tiettyjen lopputuotteiden syntetisointi halutulla puhtaustasolla on tuskallisen vaikea prosessi. Myöskin reagenssit täytyy sekoittaa joukkoon juuri oikeassa järjestyksessä. (Reagenssi on aine, joka kuluu kemiallisessa reaktiossa muodostaen osan lopputuotteista tai koko lopputuotteen) Vaikuttaa monimutkaiselta! Silti luonto onnistui rakentamaan elämän perusmolekyylit täysin ilman etukäteissuunnittelua ja retrosynteettistä analyysia.



Monia esteitä matkan varrella



Kemisti James Tour on määritellyt ainakin yksitoista estettä jotka luonnonlaboratorion on täytynyt ylittää saadakseen aikaiseksi edes yhden elämän perusrakennuspalikoista. Tässä hän käyttää esimerkkinä hiilihydraatteja. Esittelen tässä joitakin niistä ongelmista jotka luonnon on täytynyt ratkaista rakentaessaan hiilihydraatteja.


1. Kohteen valinta. Ongelmana on se, että luonnonvoimat ja prosessit toimivat vailla suunnitelmaa. Toisin sanoen luonto ei voi päättää, että yritetäänpä nyt rakentaa elävä solu ja sitten suunnitella miten siinä voisi onnistua. Ennen elämän syntyä luonnolla ei siis ollut sen enempää päämäärää mielessään, kuin tietoista mieltäkään joka valintoja voisi suorittaa. Ihmisten maailmassa minkä tahansa monimutkaisen toimivan järjestelmän rakentaminen vaatii aina tietoista ajatustyötä ja suunnittelua. Monimutkaisinkin ihmisten rakennelma on kuitenkin yleensä kaukana siitä mihin luonto pystyy. Nykytietämyksen valossa elämän alkusyntyä voidaan kutsua ihmeeksi! Vähintäänkin se on suuri mysteeri.


2. Uudelleensuunnittelu. Jos kemistit eivät onnistu ensiyrityksellä seurauksena on usein paluu lähtötekijöihin ja polku tavoitteeseen täytyy suunnitella uudestaan. Tähän riittää pienikin virheaskel matkan varrella. Älyä vailla oleva luontokaan tuskin onnistui ensimmäisellä yrityksellä. Luonnon on täytynyt aloittaa monta kertaa alusta. Kun luonto aloitti alusta ei sillä ollut myöskään käytettävissä laboratoriomuistiinpanoja edellisistä yrityksistä. Mikään ei siis ollut estämässä luontoa toistamasta samoja virheitä uudelleen.


3. Milloin on aika lopettaa? Kemistit saattavat tunnistaa vian lopputuotteessa vasta kun synteesi on saatettu loppuun. Tällöin täytyy tajuta lopettaa ja aloittaa alusta. Luoto ei tiedä milloin lopettaa vaan se jatkaa toimimattomien tuotteiden valmistamista.


4. Aika on vihollinen kun tehdään kemiallisiatuotteita. Kemiallinenreaktio täytyy lopettaa ennen kuin haluttu tuote hajoaa. Välituotteet ovat yleensä epävakaita ilmassa, auringon- tai huoneenvalossa, ja vedessä. Synteettisen kemistin täytyy olla nopea, koska hänellä on vain sekuntteja tai minuutteja käytettävissä. Luonnollakaan ei ollut loputtomasti aikaa käytettävissä.


5. Reagenssit [aineet jotka kuluvat kemiallisessa reaktiossa muodostaen osan lopputuotteesta tai koko lopputuotteen] Reagenssit täytyy lisätä juuri oikeassa järjestyksessä. Toisin sanoen A täytyy lisätä ennen B:tä ja B ennen C:tä ja kaikki juuri kullekin reagenssille oikeassa lämpötilassa, jotta saadaan aikaiseksi oikea reaktio.


6. Parametrien tarkka kontrollointi. Lämpötilaa, painetta, liuottimia, valoa, pH:ta, happea ja kosteutta täytyy tarkkaan kontrolloida kun rakennetaan monimutkaisia molekyylejä.



Elämän rakennuspalikoiden rakentaminen on selvästikin hyvin monimutkainen prosessi joka vaatii pitkän sarjan onnistuneita ja tarkasti hienosäädettyjä vaiheita. Tästä huolimatta luonnonlaboratorio onnistui jotenkin luomaan elämää täysin ilman suunnitelmaa ja tarkoituksellista parametrien hienosäätöä.



Entsyymit - Lisää ongelmia



Vaikka luonnolla olisi ollut kaikki tarvittavat elämän rakennusaineet käytettävissä ne eivät olisi kyenneet kokoontumaan yhteen ilman entsyymejä.


Entsyymit ovat biologisia katalyyttejä, eli ne nopeuttavat kemiallisia reaktioita. Entsyymit ovat tyypillisesti proteiineja.


Oletetaanpa, että luonnonlaboratoriossa oli kaikki tarvittavat rakennuspalikat: hiilihydraatit, aminohapot, nukleiinihapot ja lipidit, kaikki helposti saatavilla ja puhtaimmassa mahdollisessa muodossa. Ja oletetaan, että kaikki nämä olivat varastoituina viileissä luolissa suojassa auringonvalolta ja hapelta, säilyäkseen vakaina ympäristön aiheuttamalta hajoamiselta. Oletetaan vielä, että ne kaikki olivat samassa paikassa, ei tuhansien kilometrien päässä toisistaan, vaan viereisissä lammikoissa jotta ne saattoivat jotenkin kätevästi ja valikoidusti sekoittua keskenään tarpeen mukaan. Mutta ei kuitenkaan ollut yhtään entsyymejä. Olemassaolleet molekyylit eivät olisi voineet yhdistyä ilman entsyymejä.


Jotta elämää voisi syntyä mitään oleellista osaa tai mekanismia ei voi puuttua. Solulla on tietty alhaisin toiminnallinen taso. Tämän tason pienikin alitus johtaa siihen, ettei solu toimi.


Elämän alkuperä on suuri mysteeri tutkijoiden keskuudessa. Ei edes parhaimmista parhaimmatkaan kemistit osaa rakentaa elämää. Silti luonto jotenkin onnistui siinä sattumanvaraisten ja ohjaamattomien prosessien kautta! Ei ihme, että jotkut tiedemiehet ovat vakavissaan ehdottaneet, että maan päällä olevan elämän takana täytyy olla älykkäät avaruusolennot. Näin tehdessään he tunnustavat sen, että elämän täytyy olla älykkään suunnittelijan rakentamaa. On vaikea uskoa, että elämän perusrakenteiden funktionaalinen monimutkaisuus olisi syntynyt täysin sattumalta ja ilman jonkinlaisen älykkään toimijan vaikutusta.



Teoria kaatuu jo alkutekijöihin



Elämän alkusyntyä luonnollisena ilmiönä kutsutaan kemialliseksi evoluutioksi. Kuten huomasimme kemialliseen evoluutioon liittyy monia seikkoja, joiden onnistuminen tuntuu ylittävän luonnon kyvyt.


Tiede näyttää olevan vielä kaukana elämän alkuperän haasteen ratkaisemisessa. Kaiken lisäksi elämän alkuperän parissa suoritettuihin tutkimuksiin liittyy vakava periaatteellinen ongelma. Jokainen suoritettu simulaatiokoe, jossa on tutkittu miten elämänrakennuspalikat voisivat syntyä luonnollisissa olosuhteissa, ei todellisuudessa vastaa luonnossa vallitsevia olosuhteita. Luonto (fysiikan ja kemian lait) toimii pohjimmiltaan ilman suunnitelmaa ja tarkoitusta. On selvää, että kun huippuälykäs kemisti syntetisoi molekyylejä nykyaikaisessa huippulaboratoriossa, ollaan todella kaukana järjettömästä ja ohjaamattomasta tapahtumasta.


Monimutkaisten molekyylien syntetisointi on tarkasti suunniteltu ja hienosäädetty prosessi. Siinäkin tapauksessa, että tiedemiehet onnistuisivat joskus luomaan laboratoriossa elävän solun, ei se todistaisi että sellaista voisi tapahtua itsestään luonnossa ilman älykästä suunnittelua ja ohjausta. Päinvastoin sehän nimenomaan osoittaisi, että elämän alkusynty on vaatinut Älykkään Suunnittelijan.


Ja jos oletamme, että jonain päivänä tiede saa selville millainen kemiallinen tapahtumaketju johti elävään soluun ja lopulta koko elämän monimuotoisuuteen, ei siinäkään tapauksessa Älykkään Suunnittelijan vaikutusta asiaan voida sulkea kokonaan pois. Tapahtumaketju, joka saa aikaan älyllistä elämää on liian ihmeellinen ollakseen vailla minkäänlaista taustalla olevaa tarkoitusta tai suunnitelmaa. Kyseessä ei ole nimittäin vain kemiallinen kysymys, vaan kemiallisten reaktioiden olemassaolo edellyttää oikeanlaisia fysiikan lakeja ja vakioita. Jos fysiikan lait eivät olisi juuri sellaisia kuin ne ovat, ei olisi maailmankaikkeutta, ei kemiallisia reaktioita, eikä elämää.


Kysymys elämän alkuperästä ulottuu siis aivan maailmankaikkeuden alkuun. Brittiläinen tähtitieteilijä Fred Hoyle tuli siihen johtopäätökseen, että monien elämän mahdollistavien luonnonvakioiden ja -lakien tarkat arvot olivat niin epätodennäköisen tarkkoja , että ne näyttivät siltä kuin ne olisivat tarkoituksella säädetty juuri oikeisiin arvoihin.



Terveisin,


Okulaarinen tieteilijä



Lähteet:


Tour, J. (2016). Animadversions of a synthetic chemist. Inference VOL. 2, NO. 2 / MAY 2016

Tour, J. (2017). An open letter to my colleagues. Inference VOL. 3, NO. 2 / AUGUST 2017


Comentários


bottom of page