Читать книгу Życie i ewolucja biosfery - January Weiner - Страница 41
Rozdział 3 Biogeneza i historia biosfery 3.1 Powstanie życia na Ziemi 3.1.1. Co to jest: życie
ОглавлениеWiek Ziemi oceniany jest na około 4,5 mld lat, nieco mniej niż trzecia część wieku całego wszechświata. Niewątpliwe dowody paleontologiczne świadczą, że co najmniej od 3 mld lat, a może nawet od 3,85 mld lat, jak wynika z niektórych badań, jednym z charakterystycznych zjawisk na naszej planecie jest życie. Przez tak długi czas warunki fizyczne na Ziemi znacznie się zmieniały. Życie nie tylko przetrwało wszystkie te zmiany, ale mamy powody przypuszczać, że było główną przyczyną wielu z nich.
Nie jest łatwo streścić współczesne poglądy na powstanie i wczesny rozwój życia na Ziemi. Mamy tu do czynienia z grupą hipotez o wątłych podstawach empirycznych. Jeszcze trudniej jest klarownie zdefiniować przedmiot tych rozważań: czym w ogóle jest życie? Wielu przyrodników świadomie uchyla się od próby sformułowania jego definicji. „Nie da się powiedzieć, co to jest życie”, powiadają. Można tylko powiedzieć, jak odróżnić „żywe” od „nieżywego” — wówczas definicja życia sprowadza się do podania listy atrybutów tego, co nazywamy żywym organizmem. Najczęściej wymienia się: zdolność do replikacji (rozmnażanie), zdolność do przetwarzania materii i energii (metabolizm), podkreśla się jedność strukturalną żywych organizmów, które nieodmiennie zbudowane są z kwasów nukleinowych i białek. Niektórzy dodają, iż do stałych atrybutów żywych organizmów należy produkowanie licznych potomków, z których tylko część daje początek następnym pokoleniom. Drobne różnice między osobnikami, powstające przypadkowo, ale odziedziczalne, są warunkiem doboru naturalnego, a co za tym idzie — ewolucji form życiowych.
Ta i podobne operacyjne definicje wystarczają doskonale na potrzeby praktycznego porozumiewania się, nie znaczy to jednak, że usuwają zasadnicze wątpliwości. Podejście „organizmocentryczne” nieuchronnie prowadzi do niekonsekwencji: jeśli zdolność do replikacji, metabolizm i określony skład chemiczny rzeczywiście są atrybutami pojedynczego organizmu, to podleganie doborowi naturalnemu i ewolucji może być już tylko właściwością licznych organizmów, i to z uwzględnieniem upływu czasu. Warunkiem przypisania jakiemukolwiek żywemu organizmowi wymienionych atrybutów jest, aby… nie był on pojedynczym organizmem, odizolowanym od innych i od nieożywionego otoczenia.
Do zagadnienia „czym jest życie” można jednak podejść od innej strony. Postępy badań geochemicznych i klimatycznych, niewątpliwie stymulowanych potrzebą śledzenia globalnych skutków przemysłowej działalności człowieka, uświadomiły nam, jak silnie zintegrowane są procesy przebiegające w całej biosferze. Stało się jasne, iż nie można oddzielić skutków działania martwych sił przyrody od wpływu żywych organizmów w całej udokumentowanej historii naszej planety. Jedna z najstarszych znanych formacji skalnych, Isua na Grenlandii, datowana jest na 3,8 mld lat. Skały te, jak się wydaje, zawierają najstarsze ślady życia. Prekambryjskie pasiaste złoża żelaza sprzed 3,7 mld lat — jedno z głównych źródeł tego metalu dla przemysłu — najprawdopodobniej zawdzięczają swoje pochodzenie działalności bakterii. Skłania to do traktowania życia jako właściwości całej biosfery. Do tego samego wniosku prowadzi namysł nad domniemanym scenariuszem powstania i rozwoju życia na Ziemi.
Najbardziej spójne wewnętrznie i najlepiej udokumentowane hipotezy są jednomyślne w tym, że prabiosferę można traktować jak gigantyczny reaktor, w którym na masową skalę przebiegały różne procesy fizykochemiczne, wywierające globalne skutki. Sprzężenie kilku naraz reakcji chemicznych w jednym agregacie makrocząsteczek możemy nazwać powstaniem organizmu. Od tego momentu te same masowe procesy nadal przebiegają na naszej planecie, ale realizowane są za pośrednictwem właśnie takich indywiduów. Życie obserwowane na poziomie biosfery jest osobliwą reakcją chemiczną, ale nie ma w nim niczego, co nie dałoby się wyjaśnić w kategoriach fizyki i chemii. Postęp w badaniach termodynamiki stanów nierównowagowych (tzw. układów dyssypacyjnych) dostarczył aparatu pojęciowego do opisu takich procesów.
Można zaproponować następującą definicję: życie to endoenergetyczny proces fizykochemiczny, polegający na cyklicznym utlenianiu i redukowaniu związków węgla, realizowany przez autokatalitycznie powielające się makrocząsteczki („organizmy”). Proces jest nieprzerwany, a biosfera pozostaje w stanie dalekim od równowagi termodynamicznej, ponieważ replikacja makrocząsteczek odbywa się z błędami i skład reagujących cząsteczek zmienia się ustawicznie w sposób przypadkowy. Sens tej definicji stanie się jasny, kiedy przyjrzymy się ewolucji życia w skali globalnej.