Før evolutionsteorien og den eksperimentelle biologi var etableret, troede de fleste på spontan genese, dvs. at mange almindelige nulevende organismer til stadighed kunne opstå på ny, hvis betingelserne var til stede; at fx fluer spontant opstod i råddent kød eller rotter i kompostbunker. Selv den biologiske celleteori hævdede i sin oprindelige udformning, at de simpleste encellede organismer kunne opstå spontant. I 1800-tallet blev tanken endog koblet til Darwins evolutionsteori.
Allerede midt i 1600-tallet havde den engelske læge William Harvey fremført, at alt levende udvikledes fra æg (Ex ovo omnia) og ikke dannedes spontant, men selv da den store mikrobiolog Louis Pasteurs eksperimenter syntes at modbevise spontan dannelse, mente mange evolutionsbiologer fortsat, at primitive organismer til stadighed opstod spontant af stoffet. Først med den ny indsigt i dels cellernes komplicerede organisation, dels arv og kimplasmaets kontinuitet bortfaldt teorien endeligt.
I dag er det generelt videnskabeligt accepteret, at liv kan opstå spontant, givet de rette betingelser, men at komplekst liv som organismer ikke opstår af sig selv på kort tid. Livet opstod på Jorden for mere end 3,8 mia. år siden som resultat af en langstrakt kemisk udviklingsproces.
De første teorier herom blev fremsat i 1920'erne af den russiske biokemiker Aleksandr Oparin og den britiske biolog J.B.S. Haldane. De mente, at forholdsvis komplicerede organiske stoffer kunne dannes spontant, fx katalyseret af Solens ultraviolette stråling og af elektriske udladninger fra lyn. Disse stoffer ville efterhånden koncentreres i verdenshavene, der ville blive som en varm, tynd suppe, ursuppen. De fremhævede, at da Jordens tidlige atmosfære var reducerende (iltfri og rig på brint) og enzym- og cellefri, ville den organiske suppe ikke nedbrydes. Livet opstod ved en lang kæde af processer, hvor samlinger af molekyler i dråber, koacervater, og protoceller dannedes før de egentlige celler.
Idéen blev først mødt med stor skepsis, men dannede siden den teoretiske grund for forskning i livets oprindelse, protobiologi. I 1950'erne påviste den amerikanske kemiker og nobelpristager H.C. Urey sammen med sin elev S.L. Miller, at aminosyrer og sukkerarter kan dannes i en laboratorieskabt, kunstig atmosfære bestående af vand, brint, ammoniak og methan udsat for elektriske gnister.
Organiske stoffer som aminosyrer er også fundet i meteoritter og kosmisk støv, stjernestøv. Flere af stofferne herfra og fra Urey-Miller-forsøgene findes ikke i nulevende organismer. Det gælder således aminosyrer i D-form, som er et spejlbillede af de tilsvarende L-former (se isomeri). Celler kan kun danne og udnytte L-formerne, så under stofskiftets tidlige evolution er der sket en udvælgelse af netop L-formen. Grunden er ikke kendt, og at alt jordisk liv er bygget af L-aminosyrer kan være et tilfældigt træk.
Det er ikke nok at påvise oprindelsen af livets simplere byggesten. Aminosyrer må sammenkædes til peptider og større proteiner, og nukleotider må sammenkædes til nukleinsyrer som DNA og RNA. I levende celler sker dette via enzymstyrede processer, men i ursuppen måtte sammenkoblingen ske ad kemisk vej, hvor energien evt. kunne komme fra polyfosfater. Sammenkædningen kan fx være sket i forbindelse med inddampning af ursuppen på solopvarmede klippekyster, på overfladen af varm lava eller i undersøiske varme kilder under højt tryk og temperatur.
Det er en gåde, hvordan dannelsen af makromolekylerne er foregået; de kan sammensættes på utallige måder. Måske er der sideløbende med udviklingen af de første simple cellers membraner og dermed en afgrænsning mellem indre og ydre miljø sket en kemisk udvikling og selektion af makromolekyler, der gensidigt fremmer (katalyserer) hinandens dannelse og systemets stabilitet. I selvorganiserende autokatalytiske netværk virker delkomponenter befordrende på hinandens dannelse. Både visse peptider og visse nukleinsyrer kan virke autokatalytiske, og det er muligt at forestille sig simple former for stofskifte bygget op af sådanne simple, gensidigt afhængige reaktionskredsløb i miljøer som fx ursuppen, der er rige på de nødvendige byggesten: aminosyrer og nukleotider.
Man kan være tilbøjelig til at spørge, hvad der kom først i udviklingen af liv: cellens proteiner, dvs. enzymerne, eller DNA (gener) og RNA, der er de informationsbærende strukturer? Da proteiner og DNA i en moderne celle forudsætter hinanden, er det som at spørge, om hønen eller ægget kom først. Den tyske kemiker Manfred Eigen (1927-2019) hævder, at generne (på RNA-form) kom først, dernæst enzymerne og til sidst cellerne. Ifølge F.J. Dyson opstod først et proteinliv, baseret på populationer af proteinmolekyler samlet i såkaldte koacervatdråber, og først på et senere trin invaderedes disse af RNA-molekyler, der i starten var parasitter, men senere blev integreret i stofskiftet.
RNA-molekyler kan både fungere som informationsbærere og enzymer, og meget taler for, at enkeltstrenget rna snarere end det mere rigide og komplicerede dobbeltstrengede DNA var det første livs arvemateriale. I nutidige celler har rna mange nøglefunktioner: som mRNA, som komponenter af ribosomer (rRNA) samt i form af tRNA, som er selve den klasse af transportmolekyler, der materialiserer den genetiske kode. Trods detaljeret kendskab til nulevende cellers molekylære mekanismer er der endnu ikke angivet nogen tilfredsstillende model for dannelsen af den genetiske kode og det komplicerede enzymatiske maskineri til proteinsyntese.
Under præbiotiske betingelser findes maskineriet slet ikke, og kopiering (replikation) af den genetiske information må have været fejlfyldt. I nutidige celler fungerer bestemte enzymer som korrekturlæsere og retter fejl (mutationer) under replikationen af DNA.
Kommentarer
Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.
Du skal være logget ind for at kommentere.