Proste jak budowa komórki

Drugi rozdział książki „Podpis w komórce” Stephen Meyer poświęcił omówieniu wczesnych teorii ewolucji chemicznej, jakie pojawiały się od 1828 roku, kiedy to Friedrich Wöhler przeprowadził słynną reakcję syntezy mocznika, do roku 1953, gdy Watson i Crick przedstawili swój model złożonej struktury cząsteczki DNA.

Przy dzisiejszym stanie wiedzy o budowie i funkcjonowaniu komórki teorie te wydają się śmieszne, jednak w czasie, gdy powstawały, uważano je za poważne naukowe koncepcje.

W roku 1859 Charles Darwin opublikował swoją najsłynniejszą książkę „O powstawaniu gatunków drogą doboru naturalnego”. Przedstawił w niej teorię dotyczącą wyłaniania się, począwszy od wspólnego przodka, różnorodnych form żywych organizmów. Nie podjął się jednak wyjaśnienia, skąd wziął się ów pierwszy wspólny przodek: „Jego teoria zakłada raczej, niż tłumaczy powstanie pierwszego życia” (s. 35). To, z jaką łatwością naukowcy uznali w tamtym czasie, że teoria Darwina podważyła koncepcję projektu w biologii, mimo iż nie przedstawiła wiarygodnej propozycji wyjaśnienia genezy życia, było dla Meyera zadziwiające: „Jeśli naukowcy nie mieli wówczas uszczegółowionych wyjaśnień dotyczących tego, jak w ogóle powstało życie, to skąd wiedzieli, że projekt […] nie odegrał żadnej roli w tym szczególnym wydarzeniu?” (s. 35-36).

Część odpowiedzi na to pytanie daje pewne wcześniejsze odkrycie z 1828 roku. Eksperyment ten właściwie udał się „niechcący”. Dziewiętnastowieczny chemik, Friedrich Wöhler, nie planował bowiem zsyntetyzowania żadnego związku organicznego. W ramach swoich badań naukowych sprawdzał jedynie, czy w wyniku ogrzewania cyjanianu amonu (NH4NCO) wydzieli się cyjanek. Nie wydzielił się, za to nieorganiczny związek, jakim jest cyjanian amonu, pod wpływem wysokiej temperatury przekształcił się w mocznik (CO(NH2)2), substancję bez wątpienia organiczną.

Doniosłość tego eksperymentu polegała na tym, że wymusił on konieczność zweryfikowania wcześniejszych poglądów, według których związki organiczne i nieorganiczne uważano za dwa rodzaje materii, między którymi istnieje nieprzekraczalna granica. Potraktowano tę reakcję jako świadectwo przeciwko witalizmowi, to jest poglądowi filozoficznemu mówiącemu, że w tym, co żywe, obecne są pewne niematerialne „siły witalne”. Eksperyment Wöhlera zaczęto traktować jako uzasadnienie poglądów, że życie nie jest niczym więcej, jak tylko oddziaływaniem materii i energii w specyficzny sposób, bez udziału jakichkolwiek nadprzyrodzonych czynników. Był więc wzmocnieniem dla materialistycznej wizji świata.

Do początku lat 60. XIX wieku jako naturalistyczne wyjaśnienie pojawienia się życia przyjmowano tak zwaną teorię samorództwa, czyli pogląd, że życie może powstawać spontanicznie z martwej materii. Koncepcję tę miały potwierdzać fakty takie, jak na przykład pojawianie się pleśni na resztkach pożywienia. Jednak ostatecznie Louis Pasteur eksperymentalnie wykazał, że za podobne zjawiska odpowiedzialne są mikroorganizmy, które unoszą się w powietrzu wraz z kurzem. Jeśli osiądą na podłożu sprzyjającym ich rozwojowi, jedynie namnażają się w nim, a nie tworzą. Okazało się, że nauka nie dysponuje żadnymi obserwacjami, z których wynikałoby, że życie może powstawać spontanicznie. Mimo to pojawiły się kolejne teorie proponujące wyjaśnienia, jak mogłoby do tego dojść.

Pod koniec lat 60. XIX wieku Thomas Henry Huxley i Ernst Haeckel zaczęli rozwijać teorie protoplazmatyczne. Opierali się na wcześniejszych odkryciach, w których naukowcy ustalili, że komórki zarówno roślin, jak i zwierząt zawierają bliżej nieokreśloną, bogatą w azot substancję warunkującą ich przeżycie, którą nazwali protoplazmą. Huxley i Haeckel zakładali, że do jej utworzenia prowadzą proste reakcje chemiczne w połączeniu z prostymi właściwościami krystalizacji. Można tutaj znaleźć drugą część odpowiedzi na wspomniane pytanie Meyera. Ich schematy powstawania życia brzmiały wiarygodnie, ponieważ panowało wówczas przekonanie, że życie w ogóle jest proste – że żywa komórka to tylko mały kawałek czegoś w rodzaju galaretki – i nie wymaga skomplikowanych wyjaśnień. Żaden dostępny w tamtym czasie sprzęt badawczy nie umożliwiał uczonym zobaczenia, co naprawdę kryje wnętrze komórki.

Jednak pod koniec XIX wieku, dzięki odkryciu enzymów i ich ważnej roli w procesach życiowych, zaczęto postrzegać komórkę jako „wysoce złożony układ zintegrowanych reakcji chemicznych” (s. 47). Minęło ponad dwadzieścia lat, zanim pojawiła się nowa teoria.
Zaproponował ją rosyjski uczony Aleksandr Oparin. W jego teorii pojawił się element „długiego okresu czasu”, ponieważ uważał, że przy tak wysokim stopniu złożoności życia, jego powstanie musiało być długotrwałym procesem. Swój scenariusz pojawienia się życia podzielił na dwa etapy. W pierwszym kolejne kroki prowadzą do powstania białek. W drugim – białka i inne związki organiczne zostają zamknięte w sferycznych strukturach, zwanych koacerwatami. W ich wnętrzu rozwija się coś na kształt prymitywnego metabolizmu. Pojawia się między nimi konkurencja o pewne związki chemiczne z otoczenia – zaczerpnięta z teorii Darwina koncepcja walki o byt. To prowadzi do wykształcenia się coraz efektywniejszych metabolizmów, a w końcu powstaje pierwsza żywa komórka.

Następnie pojawiło się, jak mogło się wydawać, eksperymentalne potwierdzenie tej teorii, w postaci eksperymentu Millera-Ureya, którego wyniki opublikowano w 1953 roku. Była to symulacja powstawania cząsteczek biologicznych z mieszaniny gazów atmosferycznych – przy założeniu pewnego, innego niż dzisiejszy, składu atmosfery. I rzeczywiście – obok mieszaniny toksycznych substancji pojawiły się również niektóre aminokwasy, z których część była nawet lewoskrętna, a więc potencjalnie nadająca się do budowy żywych komórek. W kręgach naukowych naturalistów spowodowało to euforię, że historia ewolucji została dopełniona.

Jednak Meyer kończy ten rozdział stwierdzeniem, że problem genezy życia wydawał się rozwiązany tylko tak długo, aż nie zaczęto „rozważać innego doniosłego odkrycia 1953 roku” (s. 57). Ma tutaj na myśli odkrycie struktury DNA i jego roli jako nośnika informacji genetycznej. Kwestia powstania precyzyjnych instrukcji potrzebnych do budowy białek, zapisanych w DNA za pomocą kodu genetycznego, wpisuje się w znany z historii schemat, gdy kolejne odkrycia sprawiały, że materialistyczne wyjaśnienie genezy życia stawało się coraz trudniejsze.

* na podstawie książki Stephena C. Meyera „Podpis w komórce” (Stephen C. Meyer, Signature in the Cell. DNA and the Evidence for Intelligent Design, Harper One, New York 2009, s. 33-57;wszystkie cytaty pochodzą z tej książki)