En vitenskapsbasert religionskritikk

Del 1

Mens den darwinistiske evolusjonsteori forklarer hvordan livet har utviklet seg til det mangfoldet vi ser rundt oss i dag, forklarer den ingenting om hvorledes livet på jorden oppstod. I 1950 årene gjorde Stanley Miller en rekke eksperimenter der han prøvde å gjenskape de betingelsene som forelå under jordens tidligste historie. I store steriliserte glasskolber introduserte han gasser som man mente fantes i jordens tidlige atmosfære. Denne kunstige atmosfæren ble deretter utsatt for en rekke elektriske utladninger som skulle simulere lyn. Da han etterpå analyserte innholdet i kolbene, viste det seg at det var dannet en rekke av de molekylene som inngår som byggestener i levende celler. Man så derfor for seg at livet oppsto i en «ursuppe» av organiske molekyler. Denne teorien er senere blitt utsatt for en flengende kritikk. Den er blitt påstått å være logisk selvmotsigende og uforenlig med de termodynamiske lover. De termodynamiske lover er en gruppe lover som forteller oss hvilke kjemiske reaksjoner som er mulige under forskjellige betingelser. Videre er teorien beskyldt for å være kjemisk og geokjemisk usannsynlig og uten sammenheng med nåværende biokjemi og biologi. Dessuten regnes den som eksperimentelt tilbakevist. Andre teorier som tar hensyn til denne kritikken er derfor nødvendige.

     Günter Wächtershäuser har fremmet en teori om overflatemetabolisme. Det er innlysende at teorier omkring slike emner som livets opprinnelse vil inneholde en rekke feil og en god del søkte løsninger. De vil derfor trenge en lang rekke modifiseringer underveis. Wächtershäuser tar utgangspunkt i den lange rekken av metabolske veier som er beskrevet for levende celler. De metabolske veier er kjeder av kjemiske reaksjoner som er enten nedbrytende ved at de kutter istykker komplekse molekyler til enklere bestanddeler, eller de er oppbyggende ved at små molekyler settes sammen til større, mer komplekse molekyler. Noen av disse metabolske veiene er felles for en lang rekke forskjellige organismer fra bakterier til mennesker og regnes som svært gamle. De antyder også at livet har et felles opphav. Historien om livets begynnelse på jorden blir på mange måter mer en teori om utviklingen av disse metabolske veiene, en evolusjonsteori om biokjemi, enn en teori om livets opprinnelse.

     Livet er dermed ikke noe som plutselig har oppstått, men er summen av en lang rekke utvalgte kjemiske reaksjonsveier. Wächtershäuser anviser en metodologisk regel hver gang en ny metabolsk vei, struktur eller funksjon foreslås å ha eksistert i et stadium av livets utvikling. Man må kunne konstruere en trinnvis modell som knytter den hypotetiske tidligere eksisterende metabolske vei eller struktur til den nåværende. Man må videre vise at denne trinnvise modellen er termodynamisk plausibel, fri for selvmotsigelser og fortrinnsvis så detaljert at den kan testes eksperimentelt. Her møter vi altså igjen våre krav til vitenskapelige teorier. Med termodynamisk plausibel menes at energibetraktningene omkring de kjemiske reaksjonene i de metabolske veiene viser at de er energimessig mulige.

     Teorien om overflatemetabolisme postulerer at det i et tidlig stadium av evolusjonen forelå forgjengerorganismer som var drastisk forskjellige fra alt vi kjenner. Disse organismene var acellulære og manglet en mekanisme for celledeling, men kunne allikevel vokse. De var ikke i besittelse av noe proteinsyntese-apparat, men de hadde en autokatalytisk metabolisme, dvs. reaksjonene kunne foregå uten hjelp fra enzymer. De hadde ingen arveanlegg, men likevel hadde de arv og seleksjon. Selv om de knapt kunne kalles levende, hadde de muligheten for evolusjon. Sentralt i denne teorien er idéen om at livet på dette tidlige stadium er autotroft (dvs. ernærer seg av karbondioksyd ved å oksydere hydrogendisulfid) og består av en autokatalytisk metabolisme begrenset til et todimensjonalt, monomolekylært organisk lag. Disse overflate-organismene er bundet ved hjelp av negativt ladde grupper (f.eks. fosfat) til positivt ladde mineraloverflater (f.eks. pyritt, FeS₂). Organiske molekyler som er forankret ved siden av hverandre på et slikt mineral, vil ved høye temperaturer termodynamisk (energetisk) sett ha en likevekt som favoriserer oppbygging og ikke nedbrytning.

     Nye molekyler som etter hvert dannes, vil bidra til at atter andre molekylvarianter kan dannes i neste omgang. Utvelgelsen (seleksjonen) av molekyler skjer på basis av deres evne til å feste seg til underlaget. Molekyler uten fotfeste (uten negativt ladde fosfatgrupper) vil forsvinne for alltid i de store vannmassene som omgir organismene. En nøytral til svakt sur surhetsgrad (pH) er en essensiell betingelse, fordi høy og lav surhetsgrad vil føre til en avspaltning av fosfatgruppene og dermed til tap av molekyler. Dette går igjen i alle nålevende former for liv; pH er nøytral eller svakt sur.

    Mens organismene fremdeles er overflatebundet, vil noen av de organiske molekylene sette seg sammen til hydrofobe strukturer som kan danne tynne hinner og som er forløperen til de cellemembranene en finner hos alle levende organismer i dag. Disse membranene var bygget av isoprenoider og vi finner dem igjen i de gamle, nålevende organismene arkebakteriene. Disse membranene vil etter hvert omslutte de todimensjonale monolagene og vi får dannet små vannblærer under en tynn fetthinne. Denne hinnen holder salter ute, men er gjennomtrengelig for vann.

     Nå kan en del av reaksjonene frigjøre seg fra sin mineralbinding og knyttes til membranen isteden. Det utvikler seg således et celleplasma og en membranmetabolisme. Det kan nå oppstå elektriske spenningsforskjeller over membranene og en lang rekke reduksjons- og oksidasjonsprosesser blir mulige. Med et celleplasma blir det også mulig å fange opp molekyler som har mistet sitt negative feste og ellers ville gått tapt. Parallelt med utviklingen av membranmetabolisme og celleplasma foregår det en utvikling av nukleinsyrer og negativt ladde enzymer. Nukleinsyrene som i nåværende organismer utgjør arvestoffet, har en sterk selektiv fordel på grunn av sine mange negativt ladde fosfatgrupper. Fosfatgrupper er meget vanlige å finne på de molekylene som inngår i de meget gamle metabolske veiene.

     Enda senere kan celleplasma gradvis avsnøres slik at man får frie celler som har frigjort seg fra sin mineralstøtte og er klar til å erobre den tredimensjonale verden. Grunnlaget er dermed lagt for slike fenomener som konkurranse, predatering, parasittisme og symbiose. Alle former for cellulært liv er okkupanter av erobrede områder, og deres evolusjon er stort sett drevet av denne erobringen av nye omgivelser.

     Hvor er så livets arnested? Ut fra teorien vil det være et sted med flytende vann med en ganske nøytral surhetsgrad og høyt saltinnhold; et sted med høy temperatur (og trykk); et sted der hydrogendisulfid, karbondioksyd og nitrogen er tvunget til å reagere med jern eller andre katalytiske metallioner; et sted hvor varme lavastrømmer kolliderer med hydrotermisk sirkulerende vannstrømmer. Slike steder har livet nå forlatt. Det er ikke utenkelig at organismene fremdeles kan eksistere på slike steder og kanskje til og med påvises ved for eksempel kjemiske fargereaksjoner. Det er også mulig at disse primitive «livsformene» kan gjenskapes i laboratorier i fremtiden.

     Wächtershäusers teori har sin styrke i at den ikke forutsetter noen diskontinuiteter eller sprang i utviklingen, at den hele tiden er knyttet opp mot nåværende metabolske veier, strukturer og funksjoner, og at den er tilstrekkelig detaljert i sine forslag om tidligere metabolske veier til å kunne eksperimentelt testes. Allikevel må det presiseres at dette er kun én av flere spekulative teorier om livets opprinnelse.

Andre har fokusert på den sentrale delen av den cellulære metabolismen. Når stoffer brytes ned i celler havner man ofte i en sentral metabolsk kjede som kalles trikarboksylsyre (TCA) -syklusen. Under milde vandige betingelser kan man spontant få dannet mange forbindelser som ligner dem som tilhører TCA-syklusen. Disse stoffene kan dannes uten bruk av enzymer og metallioner. Forbindelsene dannes i samme rekkefølge som i TCA-syklusen når denne kjøres reversert. Stoffene i TCA-syklusen er utgangspunkt for mange molekyler som cellene trenger, f.eks. en rekke aminosyrer. Livet benytter seg som vi ser av reaksjonsveier og molekyler som var mulige å få dannet og var tilgjengelige under enkle betingelser.

     I tillegg finnes teorier som fokuserer på betydningen av tilstedeværelsen av ribonukleinsyrer eller man tenker seg at nukleinsyrer kan ha kommet fra verdensrommet og bidratt til livets opprinnelse.

     Det sentrale dogmet i molekylærbiologien ble først formulert i 1957 av Francis Crick, som var en av forskerne som oppklarte strukturen av DNA. Dogmet beskriver at informasjonsflyten i biologiske systemer går fra DNA-molekyler til RNA-molekyler og derfra videre til proteiner. Tradisjonelt er det proteinbaserte enzymer som katalyserer kjemiske reaksjoner i cellene. Strukturen av disse enzymene er bestemt av lange rekkefølger av baser i DNA-molekylene. Det er fire forskjellige baser i DNA-molekylene; disse kalles ofte A, C, G og T. Før livet oppstod hadde man kanskje ikke noe DNA tilstede, og man hadde ikke noe synteseapparat (ribosomer) som kunne lage enzymer. I 1982 vakte det stor oppsikt da man påviste at ribonukleinsyrer (RNA) som kunne være genetisk materiale, også kunne ha katalytisk aktivitet og altså virke som enzymer. Dette ledet til den såkalte RNA world hypotesen, som foreslår at RNA kan ha vært viktige molekyler i utviklingen av prebiotiske selvkopierende systemer.

     RNA med enzymatisk aktivitet kalles ribozymer. Det minste kjente ribozymet består av bare 5 baser, så det er altså ikke nødvendig med store komplekse molekyler for å få katalytisk aktivitet slik som vi ser det hos dagens proteinbaserte enzymer. Ribozymer deltar i en lang rekke forskjellige kjemiske reaksjoner i celler, som å knytte sammen aminosyrer på ribosomer, klippe og lime sammen RNA-tråder, virus-replikasjon og syntese av tRNA-molekyler. De siste er viktige molekyler i proteinsyntesen. Tidligere var det et problem med tanke på utviklingen mot levende celler at man trengte informasjonen fra DNA-molekyler for å instruere hvordan man skulle lage enzymer, men man trengte også enzymer for å kunne syntetisere DNA. Mye av denne problematikken kan forsvinne i og med at RNA-molekyler både kan bære informasjon og samtidig ha enzymatisk aktivitet. I 1989 delte Thomas R. Cech og Sidney Altman nobelprisen i kjemi for sin oppdagelse av RNA med enzymatiske egenskaper.

     I RNA world -hypotesen tenker man seg selvreplikerende RNA-molekyler som et trinn på veien mot levende celler. I 1996 klarte man å syntetisere korte RNA tråder (med 6 baser) ved hjelp av ribozymer. I videre forsøk med muterte ligase-ribozymer (som limer sammen RNA tråder) har man laget RNA-tråder som er over 200 nukleotider lange. Et høyt utviklet RNA-polymeraseribozym er blitt vist å ha revers transkriptase-aktivitet; det betyr at ribozymet kan lage DNA-tråder med et RNA-molekyl som utgangspunkt. Et slikt trinn kan ha vært utrolig viktig på veien mot levende celler, siden DNA er det molekylet som levende celler bruker for å lagre nødvendig informasjon. DNA er langt mer stabilt enn RNA, og informasjon lagres dermed mye tryggere enn i RNA-molekyler. RNA world -hypotesen styrkes også av at alle de fire byggestenene i molekylet kan dannes under forhold man antar forelå under jordens tidlige tidsalder. Det må understrekes at RNA world tanken fremdeles bare er en hypotese som ikke er verifisert. Man tenker seg at hvis det var en fase med RNA world så ville den antakelig bli etterfulgt av en fase med utvikling av ribonukleoproteiner, altså en RNP world, hvor de kjemiske reaksjonene ble katalysert av molekyler bestående av kombinerte RNA og proteindeler, og siden videre over mot den situasjonen vi har i levende celler med DNA som informasjonslagringsmolekyl og proteinbaserte enzymer.

     Det som er viktig i vår sammenheng, er ikke hvilke av de eksisterende teorier eller hvilke deler av dem som er riktige, men selve det at de fruktbare svarene på livets opprinnelse finner vi først og fremst ved å grave med de aristoteliske redskaper i naturvitenskapens fruktbare jord.