Opprinnelsen til de første selvreplikerende molekylene
Walter Bradley, Casey Luskin. 25. sept. 2022. Oversatt herfa

(understreking og kursiv ved oversetter).

Bilde 1. RNA-molekyler

Redaktørens merknad: Vi er glade for å presentere en serie av Walter Bradley og Casey Luskin om spørsmålet: "Oppsto Livet først ved rent naturlige midler?" Dette er den sjette oppføringen i serien, et modifisert utdrag fra den nylige boken The Comprehensive Guide to Science and Faith: Exploring the Ultimate Questions About Life and the Cosmos -lenke. Finn hele serien så langt her.

I et bachelorseminar undervist av Stanley Miller som jeg (Casey Luskin) tok som student ved University of California, San Diego, lærte Dr. Miller oss at "å lage forbindelser og lage liv er to forskjellige ting." (1) Mange varianter av Stanley Millers eksperimentelle oppsett har blitt brukt i forsøk på å demonstrere omdannelse av energirike, gassfase-kjemikalier til aminosyrer og andre biomolekylære monomerer. Men dette er ikke engang i nærheten tilstrekkelig til å generere liv. Enhver opprinnelse-til-liv forklaring må omfatte plausible biokjemiske veier, fra individuelle biobyggende blokker som aminosyrer eller nukleinsyrer til funksjonelle polymerer som proteiner og DNA. Opprinnelse-til-liv forklaring må også omfatte måter å fremskynde kjemiske reaksjoner, som er naturlig trege. I levende celler foldes lange kjeder av aminosyrer opp i 3-D-strukturer som lar dem fungere som enzymer, som sterkt akselererer kjemiske reaksjoner, som dere ser på figuren nedenfor. Hvordan kunne disse oppstå før livet eksisterte? Enda viktigere er at enhver Opprinnelse-til-liv modell må utgjøre den helt spesielle sekvensering av molekylene-dvs. rekkefølgen av aminosyrer i proteiner, og nukleotidbaser i RNA og DNA, som lar dem fungere ordentlig. Dette betyr å forklare et avgjørende aspekt av livet: opprinnelsen til informasjonen, eller hva talsmenn for intelligent design (ID) kaller "informasjonssekvens-problemet."

Bilde 2. Protein-struktur i 4 dim -lenke. Credit: Valerie Gower, © Discovery Institute.

Figur 4. Proteiner har flere nivåer av struktur, der en kjede av aminosyrer kan brette seg opp i en tredimensjonal form med en overflatetopografi som kan tiltrekke og holde atomer eller molekyler på plass for å lette deres kjemiske reaksjon og frigjøring.

Det mest populære forslaget
For noen teoretikere er livets opprinnelse definert som den naturlige opprinnelsen til et selvreplikerende system, som er i stand til å gjennomgå darwinistisk evolusjon. (2) Det mest populære forslaget for det første selvreplikerende molekylet, er RNA-der livet først var basert på RNA, som både bærer Genetisk informasjon (i likhet med moderne DNA) og utfører katalytiske funksjoner (i likhet med moderne enzymer), i det som kalles RNA -verdenen. Før vi går dypt inn i det, er det lærerikt å bruke saksfremstillingen fra en konferanse arrangert av International Society for the Study of the Origin of Life (ISSOL) ved University of California, Berkeley, i 1986 for å måle fremgangen som har vært laget i forskning om livets opprinnelse fra 1952-1986.

Jeg (Walter Bradley) deltok på denne konferansen og så på en av plenumssesjonene viet til en livlig debatt mellom forskere som mente at det første livet var laget av DNA ("DNA-First") og de som mente at de første biomolekylene var proteiner ( "Protein-first"). Ingen av gruppene hadde ennå vært i stand til å syntetisere under plausible forhold verken protein eller DNA. Proteiner kan fungere som en kjemisk katalysator. DNA er depotet av informasjon som brukes til å lage funksjonelt protein. Et av resultatene fra konferansen var følelsen av at verken protein-først eller DNA-først lovet veier til å forklare livets opprinnelse. Men vanskeligheten med å demonstrere en plausibel biokjemisk vei for livets opprinnelse, som gikk gjennom DNA-først eller protein-først, skapte en åpenhet for nye alternative muligheter. I 1986 fremsto RNA-verden bare som et populært alternativ til protein-først eller DNA-først modeller.

På den avsluttende plenumssesjonen adresserte ledende opprinnelsesforsker Robert Shapiro RNA-verdenen og sporet siteringer i den biokjemiske litteraturen om syntesen av RNA-molekyler under forhold som antas å representere de tidlige jordforholdene. Resultatene var sjokkerende. Han siterte en artikkel fra 1986 som indikerte RNA -syntese under prebiotiske forhold, hadde blitt demonstrert gjentatte ganger, med henvisning til en artikkel fra 1985 og henviser til andre. Men den artikkelen fra 1985 presenterte ikke et originalt verk - snarere siterte det en artikkel fra 1984 og gikk helt tilbake til 1968, uten at det ble sitert noe originalt verk. En nøye lesning av artikkelen fra 1968 indikerte at forfatterne trodde, at de kan ha syntetisert RNA -molekyler under prebiotiske forhold, men ikke hadde funnet noen.

Bilde 3. Shaphiro om livets opprinnelse

Fem enorme barrierer
Shapiros foredrag presenterte deretter fem enorme barrierer for denne biokjemiske veien fra prebiotisk kjemi til de første levende systemene. På slutten av hans dramatiske presentasjon, ble rommet med de fleste av verdens mest aktive forskere av livsopprinnelse stille. Styreleder for økten, som også var redaktør for Premiere Journal Origins of Life and Evolution of Biospheres, inviterte gjentatte ganger til spørsmål fra det lamslåtte publikummet. Det var den eneste gangen i min (Walter Bradleys) profesjonelle levetid at jeg deltok på en plenumssamling med forskere og ingeniører, der det ikke var spørsmål. Formannen lukket økten uten at noen spørsmål ble tilbudt, og han avsluttet med kommentaren, "Robert, må du være så pessimistisk?" Robert svarte ikke, men kunne ha sagt at han lot dataene talee, og dataene fortalte en veldig pessimistisk historie.
Historien har bekreftet Shapiros pessimisme. Til tross for disse vanskene, er RNA -verden til i dag fortsatt den mest populære modellen for livets opprinnelse. Men det er store problemer med RNA-verdenshypotesen og krav om at et selv-replikerende RNA-molekyl dukket opp ved ren tilfeldighet.

Først har RNA ikke vist seg å samles i et laboratorium uten hjelp av en dyktig kjemiker, som intelligent ledet prosessen. Opprinnelse-til-liv teoretiker Steven Benner forklarte at et stort hinder for den naturlige produksjonen av RNA, er at "RNA krever vann for å fungere, men RNA kan ikke dukke opp i vann, og ikke vedvare i vann, uten reparasjon" på grunn av vannets "raske og irreversible "korrosive effekter på RNA.(3) I dette" vannparadokset "forklarer Benner at" livet ser ut til å trenge et stoff (vann) som iboende er giftig for polymerer (f.eks. RNA) som er nødvendige for livet." (4)

For å overvinne slike vanskeligheter, designet Benner og andre kjemikere nøye eksperimentelle forhold som er gunstige for produksjon av RNA. Men Robert Shapiro forklarer at disse eksperimentene ikke simulerer naturlige forhold: "Feilen er i logikken - at denne eksperimentelle kontrollen av forskere i et moderne laboratorium, kunne ha vært tilgjengelig på den tidlige jorden." (5) I gjennomgang av forsøk på å konstruere RNA i laboratoriet, fant James Tour på samme måte at "forholdene de brukte, ble valgt på en smart måte," men i den naturlige verden er "de kontrollerte forholdene som kreves for å generere" RNA "smertefullt usannsynlige." (6) Opprinnelsesteoretikere Michael Robertson og Gerald Joyce kalte til og med den naturlige opprinnelsen til RNA, en "prebiotisk kjemikers mareritt", på grunn av "de ufravikelige blandingene som er oppnådd i eksperimenter, designet for å simulere kjemien til den primitive jorden." (7) Til slutt demonstrerer disse eksperimentene en ting: RNA kan Bare formes etter intelligent design.

Et annet problem
I dag er RNA i stand til å bære genetisk informasjon, men RNA-verden talsmenn hevder at den tidligere oppfylte også den slags katalytiske roller, som enzymer utfører i dag. Et annet problem med RNA -verdenen er at RNA -molekyler ikke viser mange av egenskapene som lar proteiner tjene som arbeidermolekyler i cellen. Mens RNA har vist seg å utføre noen få roller, er det ingen bevis for at det kan utføre alle nødvendige cellulære funksjoner.(8) Som en artikkel uttrykte det, er proteiner "en million ganger mer egnet, enn RNA, som katalysatorer" og det katalytiske repertoaret til RNA er for begrenset. " (9)

Bilde 4. Avfallshåndtering i celler (proteasome)

Opprinnelsen til informasjon

Det mest grunnleggende problemet med RNA-verdenhypotesen, er dens manglende evne til å forklare opprinnelsen til informasjon i det første selvreplikerende RNA-molekylet - som eksperter antyder at måtte ha vært minst 100 nukleotider langt, om ikke mellom 200 og 300 nukleotider langt. (10) Hvordan ble nukleotidbasene i RNA ordentlig beordret til å produsere liv? Det er ingen kjente kjemiske eller fysiske lover som kan gjøre dette. For å forklare rekkefølgen av nukleotider i det første selvreplikerende RNA-molekylet, har teoretikere fra livets oppstart ingen andre forklaringer enn blind sjanse. Som nevnt kaller ID-teoretikere dette hinderet for informasjons-sekvensproblemet, men flere hovedstrøms teoretikere har også observert den store ulikheten i naturlig å produsere den presise RNA -sekvensen som kreves for replikering. Shapiro formulerer problemet på denne måten:
-Det eksisterer imidlertid en dyp vanskelighetsgrad ved ideen om RNA, eller noen annen replikator, i begynnelsen av livet. Eksisterende replikatorer kan tjene som maler for syntese av ytterligere kopier av seg selv, men denne enheten kan ikke brukes til fremstilling av det aller første slike molekyl, som må oppstå spontant fra en uorganisert blanding. Dannelsen av en informasjonsbærende homo-polymer gjennom ikke-styrt kjemisk syntese, virker veldig usannsynlig. (11)

Andre steder bemerker Shapiro, "Det plutselige utseendet til et stort selvkopieringsmolekyl som RNA var ekstremt usannsynlig" med en sannsynlighet: "er så forsvinnende liten, at skjer det selv en gang hvor som helst i det synlige univers, ville det telle som et stykke eksepsjonelt godt slumpetreff. "12 En artikkel fra 2020 i vitenskapelige rapporter, bemerker på samme måte," Abiotisk fremvekst av bestilt informasjon, lagret i form av RNA, er et viktig uavklart problem angående livets opprinnelse "fordi" dannelsen av en så lang polymer, som har en riktig nukleotidsekvens Ved tilfeldige reaksjoner virker statistisk usannsynlige." (13) Steven Benner viser til "informasjons-behovsparadokset", der selvrepliserende RNA-molekyler vil være "for lang til å ha oppstått spontant" fra tilgjengelige byggesteiner. (14) Benner reiser en ekstra logisk vanske, i det å generere et RNA-molekyl som er i stand til å katalysere sin egen replikasjon, er mye mindre sannsynlig enn å generere RNA -molekyler, som katalyserer ødeleggelsen av RNA. Dette antyder en alvorlig teoretisk vanskelighetsgrad der RNA-verdens teoretikere blir møtt med en "kjemisk teori som gjør ødeleggelse, ikke biologi, til det naturlige resultatet." (15)

Bilde 5. Typisk reaksjon

Et ufravikelig problem
Oppgaven i vitenskapelige rapporter foreslo en løsning på disse dilemmaene, som viste hvor ufravikelig dette problemet er: Det konkluderte med at fordi dannelsen av et enkelt selvreplikerende RNA-molekyl, er uoverkommelig usannsynlig i det observerbare universet, og derfor må universet være langt større enn vi observerer - et 'inflasjonsunivers' som øker de sannsynlige ressursene, til at en så usannsynlig hendelse blir sannsynlig. Dette er akkurat som den materialistiske responsen på finjustering av fysikk: Når naturens observerte spesifisitet, ser ut til å indikere design, finner de opp multivers for å overvinne sannsynlighets vanskeligheter. Når RNA-verden teoretikere appellerer til Origin-of-Lifes versjon av multiverset, for å unngå forfalskning, er det klart at deres prosjekt har fatale problemer.

Neste, "Fortsatt uforklarlig: den første levende cellen"-lenke.

Referanser:
1. Statements made by Stanley Miller at a talk given by him for a UCSD Origins of Life seminar class on January 19, 1999 (the talk was attended and notated by the author of this article).
2. Steven A. Benner, "Paradoxes in the Origin of Life," Origins of Life and Evolution of Biospheres 44 (2014), 339-343.
3. Benner, "Paradoxes in the Origin of Life."
4. Benner, "Paradoxes in the Origin of Life."
5. Robert Shapiro, quoted in Richard Van Noorden, "RNA world easier to make," Nature News (May 13, 2009), http://www.nature.com/news/2009/090513/full/news.2009.471.html (accessed November 18, 2020).
6. James Tour, "Are Present Proposals on Chemical Evolutionary Mechanisms Accurately Pointing Toward First Life?," Theistic Evolution: A Scientific, Philosophical, and Theological Critique, eds. Edited by J.P. Moreland, Stephen C. Meyer, Christopher Shaw, Ann K. Gauger, and Wayne Grudem (Wheaton, IL: Crossway, 2017), 165-191.
7. Michael P. Robertson and Gerald F. Joyce, "The Origins of the RNA World," Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 4 (May 2012), a003608.
8.Se Stephen C. Meyer, Signature in the Cell: DNA and the Evidence for Intelligent Design (New York: HarperOne, 2009), 304.
9. Harold S Bernhardt, "The RNA world hypothesis: the worst theory of the early evolution of life (except for all the others)," Biology Direct 7 (2012), 23.
10. Jack W. Szostak, David P. Bartel, and P. Luigi Luisi, "Synthesizing Life," Nature, 409 (January 18, 2001), 387-390; Tomonori Totani, "Emergence of life in an inflationary universe," Scientific Reports 10 (2020), 1671.
11. Robert Shapiro, "A Replicator Was Not Involved in the Origin of Life," IUBMB Life 49 (2000), 173-176.
12. Robert Shapiro, "A Simpler Origin for Life," Scientific American (June 2007), 46-53.
13. Totani, "Emergence of life in an inflationary universe."
14. Benner, "Paradoxes in the Origin of Life."
15. Benner, "Paradoxes in the Origin of Life."
Walter Bradley: Fellow, Center for Science and Culture
Walter L. Bradley mottok sin B.S. grad i ingeniørvitenskap (fysikk) i 1965 og hans doktorgrad. i Materials Science and Engineering i 1968, begge fra University of Texas (Austin). Deretter underviste han ved Colorado School of Mines, Texas A&M University som full professor i maskinteknikk, og i 10 år ved Baylor University som fremtredende professor. Forskningsområdet hans har vært materialvitenskap og ingeniørfag, med fokus på de mekaniske egenskapene til plast og polymer (plast) komposittmaterialer, brudd og livsprediksjon. Han har mottatt mer enn 7 millioner dollar i forskningsfinansiering og publisert mer enn 150 refererte tekniske artikler og bokkapitler. Han har blitt hedret av American Society for Materials and the Society of Plastics Engineers som Årets pedagog. Hans siste arbeid har fokusert på å konvertere landbruksavfall til funksjonelle fyllstoffer for ingeniørplast for å gi nye økonomiske muligheter for fattige bønder i utviklingsland.
Casey Luskin: Assisterende direktør, Center for Science and Culture
Casey Luskin er geolog og advokat med grads grader i vitenskap og lov, og gir ham ekspertise både i de vitenskapelige og juridiske dimensjonene i debatten om evolusjonen. Han tjente sin doktorgrad i geologi fra University of Johannesburg, og BS og MS grader i jordvitenskap fra University of California, San Diego, hvor han studerte evolusjonen mye på både hovedfags- og lavere nivå. Hans lovgrad er fra University of San Diego, hvor han fokuserte studiene på første endringslov, utdanningslov og miljølov.

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund