Slik kan livet på Jorden ha oppstått
Forskere ved Universitetet i Oslo kan ha oppdaget en avgjørende bit i puslespillet det er å forstå livets opprinnelse.
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.
I de siste to tiårene har astronomene oppdaget omtrent 4000 eksoplaneter i bane rundt andre stjerner enn solen.
De fleste av dem er kjempestore Jupiter-lignende gassplaneter, som naturlig nok er de enkleste å finne, men de siste fem årene har romteleskopet Kepler også avslørt mange av mer beskjeden størrelse.
Spesielt vakte det oppsikt da NASA i 2017 kunngjorde at stjernen Trappist-1 har ikke mindre enn syv jord-lignende planeter, hvorav tre har en avstand fra stjernen de roterer rundt som tilsier at de kan ha flytende vann på overflaten.
Funnet ga opphav til nye diskusjoner om hvor vanlig liv er i universet, og ikke minst hvordan liv oppstår.
Modeller for livets begynnelse
Selv om dette systemet er relativt nært oss astronomisk sett, rundt 40 lysår, er det likevel så fjernt at vi i overskuelig fremtid ikke vil ha muligheter for å reise dit og sjekke selv om det er liv der. Men hvis det er liv, vil det ligne livet på Jorden, eller vil det ha utviklet seg i retninger vi ikke har fantasi til å forestille oss?
Mens vi venter på at teknologien skal sette oss i stand til å gjennomføre kosmiske reiser, kan vi lage modeller for livets begynnelse i våre laboratorier?
Dette grunnleggende spørsmålet har en forskningsgruppe ved Norsk senter for molekylærmedisin ved UiO, ledet av en av oss (Gözen), tatt mål av seg til å svare på.
Sammen med blant andre medarbeider Elif Köksal blander vi sammen ulike kjemiske stoffer man tror fantes på Jorden kort tid etter at den ble dannet, studerer det som skjer i mikroskop og prøver ut fra dette å finne den enkleste veien til dannelse av såkalte protoceller.
Dette er cellelignende strukturer med en overflate av fettbaserte membraner slik vi finner det for vanlige celler, men uten hele det indre maskineriet som setter cellene i stand til å leve og formere seg.
Nesten alt liv på jorden forsvant under den største masseutryddelsen for 252 millioner år siden. Hendelsen er blitt urovekkende aktuell.
En dråpe med fett
Eksperimentene begynner med at man avsetter en dråpe fett på en overflate av silisiumdioksid og fukter med vann (blått i del 1 av skissen). Nå skjer det en overraskende enkel, repeterbar og temmelig spektakulær prosess.
Det hele starter med at dråpen flyter ut og sprer seg på overflaten til den danner et dobbeltlag, omtrent som to pannekaker oppå hverandre (2).
Deretter sprekker det øverste laget og danner mengder av ørsmå rør, såkalte nanorør, med en diameter på bare 100 nanometer og en lengde på flere titalls mikrometer (3).
Langsomt, og nesten magisk å se på, endrer disse form til mye større, vannfylte protoceller, som i mikroskop ser ut som små ballonger (4).
Det er viktig å merke seg at disse er festet til overflaten og dermed er forbundet til hverandre og til restene av den originale fettdråpen med det som er igjen av nanorør.
De kan da for eksempel suge til seg stadig mer fettmateriale og vokse ytterligere, noe som ikke ville vært mulig dersom ballongene bare hadde svevet fritt omkring. De kan også bevege seg langs overflaten og slå seg sammen til større protoceller.
Ulike molekyler i en vannløsning er vanligvis veldig små og usynlige i mikroskop, men det er mulig å lage spesielle varianter som sender ut lys og er lette å se. Ved å bruke slike lysmarkører har vi kunnet vise at ballongene har evne til å ta opp, spise om man vil, andre typer molekyler som sirkulerer i vannet rundt.
Dette tyder på at f.eks. nukleinsyrer, som er essensielle byggestener for arvematerialet DNA, kan fanges inne i slike protoceller.
Kanskje kunne ballongene til og med kommunisere med hverandre og dele innhold gjennom de rørformede tilkoblingene?
Fullt utvokste protoceller kan til slutt løsne fra overflaten og drive med vannet til de fester seg på andre steder (5).
Hadde Darwins lære om evolusjonen blitt glemt i morgen, ville det ikke tatt lang tid før den ble oppdaget igjen.
Alt skjer av seg selv!
Det bemerkelsesverdige ved denne prosessen er at forskeren ikke på noe punkt trenger å gripe inn for å styre den i ønsket retning, alt skjer av seg selv!
Betydningen av dette arbeidet for forståelsen av livets opprinnelse ligger i hvor «enkelt» det er, både i form av hvilke kjemiske stoffer man velger å starte med og hvilke antagelser man gjør underveis: et tilstrekkelig antall fettmolekyler, en egnet overflate og vann er alt som trengs.
Dannelse av protoceller på overflater har vært observert av andre forskningsgrupper tidligere, men har krevd bruk av ytterligere eksterne stimuli, som elektriske utladninger tilsvarende dem man finner ved lyn i atmosfæren.
Det er dessuten interessant å merke seg at de overflatene som er benyttet i eksperimentene, er påvist i store mengder i form av mineralet tridymitt, en høytrykksvariant av kvarts, på planeten Mars.
Dette betyr at materialet ikke bare er relevant for utviklingen av liv på Jorden, men også på andre planeter.
Mars er særlig relevant, siden forholdene der minner om forholdene på Jorden tidlig i dens historie. Den relative nærheten til Jorden åpner dessuten for direkte uttesting av modellene i en ikke altfor fjern fremtid.
Kan verdens tøffeste bakterie overleve på Mars?
Viktig bit, men langt igjen
Vi kan ha oppdaget en avgjørende bit i puslespillet det er å forstå utviklingen fra ikke-levende materiale til liv. Men det er likevel opplagt langt igjen før hele evolusjonshistorien kan reproduseres i laboratoriet.
Vi vil nå samarbeide med biologer og geologer for å undersøke kombinasjoner av mineraler og fettmolekyler hentet fra de eldste bakteriekulturene vi kjenner på Jorden.
Ved dette venter vi å få mer detaljert informasjon om dannelsen av protoceller under betingelser som er enda nærmere dem vår planet hadde for over fire milliarder år siden.
