Mai importanta decat intrebarea “Suntem singuri in univers?” ar putea fi “Cum am ajuns aici?”. Curiozitatea noastra naturala ne conduce la punerea unor intrebari filozofice, iar stiinta este un instrument pe care il putem folosi pentru a descoperi raspunsurile. Cu toate acestea, cand vine vorba de rezolvarea misterului legat de originile vietii pe planeta noastra, suntem inca departe de a avea un raspuns complet. Investigarea originilor vietii pe Pamant nu este un efort banal. Istoria biologica a Pamantului este strans legata de cea geologica, lucru ce ne poate ajuta la aflarea raspunsurilor. Prin urmare, descoperirea originilor vietii necesita colaborarea oamenilor de stiinta din mai multe domenii.
Originile vietii pe Pamant reprezinta inceputul biologiei pe planeta noastra. Pentru a intelege mai bine evenimentele care au dus la originea vietii, trebuie sa examinam mai mult decat biologia. Trebuie sa analizam cu atentie conditiile de mediu de pe Pamantul timpuriu, sursa elementelor esentiale pentru viata (cum ar fi moleculele organice si apa), precum si mecanismele care ar fi avut ca rezultat viata celulara precoce.
Conditiile de la inceputurile Pamantului
Pamantul nostru s-a format in acelasi timp ca si celelalte planete din sistemul nostru solar, acum aproximativ 4,5 miliarde de ani. Prima dovada de necontestat legata de viata pe Pamant apare in inregistrarea geologica ce dateaza de acum aproximativ 3,8 miliarde de ani. Ce s-a intamplat in timpul primelor cateva sute de milioane de ani? In momentul formarii Pamantului, sistemul solar nu era un loc prea dragut. Pamantul era bombardat in mod constant de catre comete si asteroizi. Oceanele nu se formasera inca, iar crusta planetei era inca topita. Pamantul nu a fost locuibil pana cand bombardamentul de meteoriti, comete si alte resturi din spatiu nu a incetinit. In timpul acelor prime cateva sute de milioane de ani, Pamantul s-a schimbat in mod semnificativ: crusta s-a racit si s-a solidificat, oceanele s-au format, iar conditiile de pe Pamant au inceput sa se stabilizeze. Odata ce aceste lucruri s-au intamplat, se crede ca viata a inceput sa se formeze aproape imediat.
Oamenii de stiinta nu sunt siguri cum era Pamantul in primele cateva sute de milioane de ani. Nu exista roci care sa dateze din aceasta perioada, din cauza placilor tectonice si naturii dinamice a suprafetei Pamantului. Cele mai vechi roci identificate pana acum dateaza de aproximativ 3,9 miliarde de ani. Cu toate acestea, s-au gasit cristale din silicat de zirconiu care au varsta de 4,4 miliarde de ani. In plus fata de lipsa de informatii din inregistrarile geologice, nu exista nici vreo modalitate de a stii cum era atmosfera Pamantului la acea vreme, desi este o certitudine faptul ca Pamantul nu a fost bogat in oxigen pana acum cateva miliarde de ani.
In prezent, majoritatea oamenilor de stiinta sunt de acord ca atmosfera de la inceputul Pamantului era dominata de dioxid de carbon si nitrogen, cu mici cantitati de monoxid de carbon, hidrogen si gaze de sulf. Indiferent de cum se dovedeste ca a fost compozitia reala a atmosferei, este important de retinut faptul ca oxigenul nu a fost un element cheie in acea perioada.
Datorita lipsei de oxigen, unele dintre primele forme de viata pe Pamant au fost cel mai probabil anaerobe – organisme care nu au nevoie de oxigen pentru a trai. S-a propus deasemenea o teorie conform careia aceste prime forme de viata erau fotosintetice, prin urmare, eliberand oxigen in atmosfera ca un produs secundar. Atmosfera ar fi ramas in aceasta forma pana cand organismele vii ar fi eliberat suficient oxigen (cresterea nivelului de oxigen ar fi dus in cele din urma si la formarea stratului de ozon) pentru sustinerea vietii biologice.
Apa lichida si molecule organice – doua ingrediente importante
Inainte ca viata sa poata incepe pe Pamant, componentele necesare acesteia trebuiau sa fie prezente. La cel mai mic nivel, prima forma de viata ar fi avut nevoie de apa si molecule organice pentru a crea celulele pe care le asociem cu organismele vii. Din nou, oamenii de stiinta nu sunt siguri cum a facut Pamantul rost de apa si molecule organice. Oceanele de pe Pamant s-au format destul de devreme in istoria planetei. Compozitia izotopica a zirconiului sugereaza ca apa lichida era prezenta pe Pamant inca de-acum 4,4 miliarde de ani. Dar de unde provine toata aceasta apa?
Pamantul este una din cele 4 planete terestre din sistemul nostru solar. Planetele terestre sunt caracterizate prin compozitiile lor stancoase si lipsa elementelor volatile (inclusiv apa). Apa este destul de abundenta in sistemul solar, insa este concentrata in corpurile planetare exterioare. Fiind o planeta vulcanica activa, este posibil ca apa incorporata in Pamant in timpul formarii sale sa fi fost eliberata in atmosfera prin eruptii de gaze vulcanice. Cu toate acestea, este indoielnic ca atat de multa apa ar fi putut proveni doar prin acest proces.
Unii oameni de stiinta sunt de parere ca acele ciocniri ale cometelor cu Pamantul din timpul bombardamentelor frecvente ar fi sursa apei. Bazandu-ne pe ceea ce stim despre compozitia cometelor, acest mecanism de livrare a apei ar putea sa justifice numai 10% din intreaga cantitate de apa de pe Pamant. Studiile recente asupra meteoritilor carbonici si obisnuiti i-au facut pe unii oameni de stiinta sa sugereze ca meteoritii sunt responsabili pentru prezenta apei pe Pamant. Indiferent de modul exact in care a ajuns apa pe Pamant, este foarte probabil ca toate aceste trei metode sa fi contribuit intr-un fel la cresterea rezervei de apa.
Ce stim despre moleculele organice complexe, cum ar fi aminoacizii? Moleculele organice necesare formarii vietii asa cum o stim, fie provin de pe Pamant, fie din afara Pamantului, fie este vorba de o combinatie a acestor doua scenarii. Din nou, gasirea unui raspuns concret este dificila deoarece cunostintele noastre despre Pamantul timpuriu sunt limitate. Cu toate acestea, oamenii de stiinta au lucrat la simularea conditiilor de pe Pamantul timpuriu, intr-un laborator. Primii oameni de stiinta care au facut acest lucru au fost Stanley Miller si Harold Urey, la inceputul anilor 1950. Acestia au creat un analog al atmosferei de la inceputul Pamantului. Acestei atmosfere i-au adaugat energie sub forma unei scantei menita sa reprezinta fulgerul pe Pamant.
Ceea ce au descoperit in urma acestui experiment a fost ca, in aceste conditii, o varietate de molecule organice complexe s-au format usor. Desi nu au fost creati toti cei 20 de aminoacizi necesari formelor de viata de azi, acel experiment a fost prima dovada a faptului ca moleculele organice ar fi putut fi un rezultat chimic natural. Mai recent, oamenii de stiinta au explorat natura materiei aflata dincolo de Pamant. Se pare ca moleculele organice nu sunt atat de rare cum s-a crezut initial. Acum, unii oameni de stiinta sugereaza ca Pamantul a fost aprovizionat cu molecule complexe de catre cometele si meteoritii care s-au ciocnit cu acesta.
Cum si unde s-au dezvoltat primele organisme?
Odata ce conditiile de pe Pamant au devenit favorabile, se crede ca viata s-a dezvoltat imediat. Este important sa intelegeti ca, in acest caz, “imediat” inseamna o perioada de timp cuprinsa intre cateva mii si cateva milioane de ani. Nu exista nicio indoiala ca toate conditiile si materialele necesare pentru formarea vietii erau prezente. Totusi, exista o mare dezbatere legata de cum si unde s-a format viata pe Pamant prima data. Oare prima forma de viata avea ADN sau o alta molecula care sa stocheze informatiile? Cum au fost structurate celulele preliminare? Cum au fost sintetizate primele proteine? Multi oameni de stiinta sunt de acord ca ADN-ul ar fi fost prea complicat pentru a fi prima molecula de stocare a informatiilor. In schimb, RNA-ul sau o alta molecula ar fi putut avea acest rol pana cand celulele ar fi evoluat indeajuns de mult pentru a putea utiliza ADN-ul.
Dupa examinarea relatiilor evolutionare dintre organisme, au existat deasemenea teorii privind locul unde s-a format viata pe Pamant. Unii oameni de stiinta considera ca primele forme de viata de pe Pamant isi au originea in mediile foarte calde, cum ar fi in jurul izvoarelor hidrotermale. Pe de alta parte, unii biochimisti care au studiat stabilitatea ADN-ului si a membranelor celulare sunt impotriva acestei idei. Ei sustin ca temperaturile ridicate nu ar fi putut fi favorabile formarii mebranelor celulare si ar fi contribuit la degradarea moleculelor organice (cum ar fi ADN-ul si RNA-ul). In acest moment exista inca multe piese lipsa din puzzle-ul “cum am ajuns aici”. Totusi, un lucru este cert, cu cat intelegem mai multe despre originile vietii pe Pamant, cu atat mai pregatiti vom fi pentru gasirea vietii in alte locuri din univers.
