Nowa teoria życia. Chemia zmienia spojrzenie naukowców

Co to znaczy: „być żywym”?

Choć może się to wydać zaskakujące, naukowcy nadal nie wypracowali jednej, powszechnie akceptowanej definicji życia. W literaturze biologicznej, chemicznej i astrobiologicznej pojawiają się liczne propozycje, z których każda kładzie nacisk na inne cechy – od metabolizmu, przez zdolność do kopiowania informacji, aż po adaptację do otoczenia. Biolog molekularny Edward Trifonov doliczył się ponad 120 takich definicji. Najczęściej pojawiają się w nich dwie powtarzalne właściwości: umiejętność samopowielania oraz zdolność do ewolucji – fundamenty, na których opiera się teoria pochodzenia życia.

Ale co, jeśli życie nie zaczęło się od DNA, RNA ani od komórek? Co, jeśli da się je opisać jako zjawisko fizyczne – stan materii, który wymaga jedynie spełnienia określonych warunków dynamicznych? Taką możliwość badają naukowcy zajmujący się zjawiskiem zwanym dynamiczną stabilnością kinetyczną, czyli DKS.

Polecamy: Życie pozaziemskie na Europie. NASA wysyła sondę na lodowy księżyc

Dwa podejścia do teorii powstania życia

Od lat badacze próbują zrekonstruować warunki, w jakich mogło pojawić się życie na Ziemi. W dyskusji dominują dwa główne podejścia. Jedno z nich zakłada, że kluczowa była informacja genetyczna – życie miało zacząć się od cząsteczek takich jak RNA, zdolnych do kopiowania i przechowywania danych. To właśnie na tej podstawie rozwija się teoria pochodzenia życia, która podkreśla rolę samoreplikacji jako punktu wyjścia dla ewolucji biologicznej.

Drugim nurtem jest tzw. „obóz metaboliczny”. Jego przedstawiciele twierdzą, że życie rozpoczęło się od reakcji chemicznych, które mogły samodzielnie się napędzać i prowadzić do powstawania coraz bardziej złożonych układów. Oba podejścia mają swoje mocne i słabe strony.

„Koncepcje na temat tego, czym w ogóle jest życie, bardzo się od siebie różnią. Jest to sednem tego, dlaczego w dziedzinie pochodzenia życia toczy się tak wiele gorących debat” – mówi astrobiolog Michael Wong z Carnegie Science w Waszyngtonie w rozmowie z portalem New Scientist.

Trzecia droga: stabilność przez zmianę

Addy Pross, chemik z Uniwersytetu Ben-Guriona w Izraelu, zaproponował inną teorię pochodzenia życia. Jego zdaniem życie można zrozumieć jako nowy stan materii, który nie dąży do równowagi, lecz utrzymuje się dzięki nieustannemu przepływowi energii i materiałów. Zjawisko to określił mianem dynamicznej stabilności kinetycznej (ang. dynamic kinetic stability, DKS).

W fizyce stabilność wiąże się z równowagą – stanem, w którym wszystko pozostaje niezmienne. Dla zobrazowania: kulka spoczywa na dnie miski i nie porusza się, dopóki coś jej nie popchnie. To właśnie stabilność termodynamiczna. Tymczasem życie przeczy tej regule – istnieje dlatego, że się zmienia. Organizmy żyjące muszą zużywać energię, wymieniać substancje i reagować na środowisko. Gdy przestają to robić – umierają.

DKS opisuje zatem sytuację, w której układ może trwać tylko dzięki ciągłej aktywności i przemianom. Nie zatrzymuje się, ale też nie ulega rozpadowi. Zamiast tego balansuje między trwaniem a zmianą.

Teoria pochodzenia życia w świetle eksperymentów chemicznych

Teoria Prossa znalazła praktyczne potwierdzenie dzięki badaniom chemika Sijbrena Otto z Uniwersytetu w Groningen. W 2010 roku Otto nieoczekiwanie odkrył cząsteczki zdolne do samoreplikacji. Później, wspólnie z zespołem, stworzył układy chemiczne, w których takie replikatory zachowywały się jak prymitywne organizmy: rozmnażały się, konkurowały o zasoby i podlegały selekcji.

W jednym z eksperymentów przeprowadzonych w 2021 roku naukowcy badali dwa rodzaje replikatorów. Jeden był mniejszy i szybciej się namnażał, drugi – większy, ale bardziej odporny na rozkład. Choć początkowo dominował replikator szybszy, w dłuższym czasie przetrwał ten bardziej stabilny.

Chemiczne ekosystemy

W eksperymencie z 2024 roku zespół Otto poszedł dalej. Stworzył układ trzech typów replikatorów, które – choć zwykle wyeliminowałyby się nawzajem – potrafiły współistnieć. Warunkiem było to, że korzystały z różnych substratów chemicznych.

To zjawisko przypomina znaną z biologii zasadę wykluczenia niszowego, która mówi, że dwa gatunki nie mogą długo współdzielić tej samej niszy ekologicznej, jeśli konkurują o identyczne zasoby. W przypadku replikatorów chemicznych oznaczało to, że układy nieożywione zaczęły zachowywać się jak prymitywne ekosystemy – reagując na środowisko, różnicując funkcje i unikając bezpośredniej konkurencji.

W teorii pochodzenia życia Prossa kluczowe jest nie to, czy dany system posiada geny, błony komórkowe czy metabolizm, lecz czy trwa dzięki zużywaniu energii i podlega selekcji. Taki układ chemiczny może zachowywać się jak forma życia – mimo że formalnie jeszcze nim nie jest.

Z tej perspektywy życie nie musiało być początkiem ewolucji. Być może to ewolucja stworzyła życie, a nie odwrotnie. Dynamiczna stabilność kinetyczna tłumaczy również, dlaczego życie często zmierza ku coraz większej różnorodności. W przeciwieństwie do stabilności termodynamicznej DKS nie prowadzi do jednego stanu końcowego – otwiera drogę do wielu różnych scenariuszy rozwoju.

Chcesz czytać teksty, które poruszają i inspirują? Sprawdź kwartalnik Holistic News!

Teoria pochodzenia życia w kontekście świadomości chemicznej

Najbardziej kontrowersyjny element teorii Prossa dotyczy zależności układów DKS od ich środowiska. Jego zdaniem może to być prymitywna forma świadomości – stan, w którym układ „reaguje” na otoczenie i dzięki temu trwa.

Neurobiolog Kevin Mitchell z Trinity College w Dublinie jest wobec tej tezy sceptyczny. Podkreśla, że żywe organizmy można opisać jako dynamiczne układy chemiczne, ale nie oznacza to jeszcze, że świadomość da się w pełni zredukować do procesów chemicznych.

Nowe spojrzenie na życie

Eksperymenty Sijbrena Otto oraz hipoteza Addy’ego Prossa mogą zmienić nasze rozumienie życia. Jeśli dynamiczna stabilność kinetyczna rzeczywiście stanowi fizyczną podstawę dla trwania i ewolucji układów chemicznych, to życie może być jedynie jednym z wielu przejawów tego uniwersalnego zjawiska. Ewolucja mogła zacząć się wcześniej, niż pojawiły się geny i komórki. A to oznacza, że granica między tym, co żywe i nieożywione, może być znacznie bardziej płynna, niż dotąd sądzono.

Polecamy: Jak mózg tworzy świadomość? Neurologiczne podstawy świadomości