Podrijetlo života

Divlje vode u bujicama su urlikale uskim kanjonom. Mračni stjeno-viti krajolik na trenutak je obasjao bljesak munje popraćen grmljavinom. Ali nije bilo nikoga tko bi to mogao promatrati; nije bilo životinja, ptica, kukaca niti bilo kakvog živog organizma. Svijet je bio beživotan, baš kao i čitav svemir.

A onda se dogodilo nešto izvanredno: započeo je život. Mješavina beživotnih kemijskih spojeva postala je živa. Ali kako? To je danas najveće neriješeno pitanje u znanosti. Znanstvenici imaju dobro formuliranu teoriju koja objašnjava velik dio misterije o tome kako je svemir započeo, ali u vezi podrijetla života, oni nemaju nikakve ideje.

Znanstvenici imaju mnogo (oprečnih) ideja o okolnostima nastanka života, ali ne postoji znanstvena teorija o tome kako je on zapravo započeo. Primjerice, jedna je ideja da je mješavina beživotnih molekula u toploj bari spontano potaknula život, možda ubrzana udarom munje. Ovo zanemaruje činjenicu da je vjerojatnije da će udar munje uništiti bilo koji organski spoj koji bi mogao biti prisutan, a ne oživiti ga. Druga je ideja da je život započeo u blizini dubokih morskih termalnih otvora. Sve ove ideje, svaka bez ikakvih dokaza, bave se pitanjem gdje je život mogao nastati i koji je taj neophodan izvor energije mogao biti, ali ne rješavaju pitanje kako su beživotne molekule postale živi organizam? To je krajnja mi-sterija.

Jedna od stvari koju sam otkrio na samom početku mog istraživanju na ovu temu bila je web stranica za "Nagradu za podrijetlo života" (ova web stranica više ne postoji). Ponuđena je bila nagrada od 1.000.000 USD svima koji bi mogli iznijeti znanstvenu teoriju koja detaljno opisuje kako je započeo život. Na web stranici je objašnjeno da je nagrada ukinuta 26. listopada 2013. jer tijekom trinaest godina otkako je natječaj za nagradu prvi put objavljen u prestižnim znanstvenim časopisima Nature i Science, suci za probir nisu odobrili niti jedan prijedlog da ga se proslijedi sucima više razine. Web stranica dalje kaže da je sva literatura o porijeklu života ili "ignorirala" ključno pitanje ili ga "namjerno gurnula pod tepih". Ključno pitanje opisano na web stranici bilo je "Kako je prebiotička priroda zadala ili programirala prvi genom" [kurziv je moj]. Genom je DNK organizma. To je u osnovi popis uputa, slično računalnom programu, koji kodira svaki detalj živog bića. To bi uključivalo vrstu organizma (npr. bakteriju Escherichia coli, ružu, Kraljevskog leptira, krokodila ili čovjeka), kao i specifičnosti poput boje, veličine, snage, inteligencije itd.

Struktura DNK sastoji se od niza manjih molekula koji se nazivaju bazni parovi ili nukleotidi koji su međusobno povezani kako bi tvorili dugi molekularni lanac, ponekad dug milijarde baznih parova. U većini slučajeva dva takva molekularna lanca međusobno su povezana da bi tvorila dvostruku zavojnicu. Izbor specifičnih baznih parova i redoslijed kojim su povezani za ovu su dugu molekulu presudni da definira živi organizam. Ako je slijed parova baza slučajan, rezultati će biti molekula koja ne definira ništa, slično kao što slučajni niz slova ne sadrži informacije. Čak i ako je samo jedan bazni par od milijarda parova u DNK organizma netočan, organizam koji je tako nastao vjerojatno će imati fatalne nedostatke. To potkrepljuje činjenica da je mnoštvo ozbiljnih ili fatalnih bolesti (npr. rak jajnika, debelog crijeva i dojke, anemija srpastih sta- nica, Tay-Sachsova bolest i određene vrste dijabetesa) uzrokovano jednom jedinom pogreškom u ljudskom genomu, koji je dug preko 3 milijarde baznih parova.

Vjerojatnost nastanka života kao prirodnog kemijskog ishoda toliko je mala da nam govori da je nelogično pretpostaviti tu mogućnost. Ipak, život zasnovan na DNK postoji!

Iz toga slijedi da je ključno pitanje o podrijetlu života, kako je smislena DNK spontano nastala od slučajnog odabira baznih parova, čak i pod pretpostavkom da su bazni parovi nekako bili dostupni u okolini? Jasno je da je teoretski moguće da bi se traženi parovi baza mogli slučajno povezati ispravnim redoslijedom kako bi stvorili DNK nekog održivog organizma. Pitanje je, kolika je vjerojatnost da se to dogodi negdje u svemiru bilo kad od stvaranja?

Mnogi komentari visoko cijenjenih znanstvenika ukazuju da je vjerojatnost spontanog stvaranja DNK vrlo mala. Pisalo se da je astrofizičar Fred Hoyle usporedio ovu vjerojatnost sa "mogućnošću da tornado koji prolazi kroz smeće može sastaviti Boing 747". Slično tome, belgijski biokemičar i dobitnik Nobelove nagrade Christian René de Duve, kada je govorio o spontanoj genezi RNK (koja je slična DNK, ali sa samo jednim lancem baznih pa rova), pozvao je da se odbaci ishode čija je vjerojatnost toliko mala da bi ih se moglo nazvati čudima i one koji nisu podložni znanstvenom ispitivanju. Francis Crick, suotkrivač spiralne strukture DNK, podrijetlo života je nazvao "gotovo čudom".

Razmislite o ovome: Kad bih zakuhao vrlo velik lonac juhe s tjesteninom u obliku slova (kakvu možete naći u svakom dućanu) i izlio je na pod, kolika je vjerojatnost da bi se tisuće slova poredalo u dugom linearnom slijedu? I da bi slova tvorila pravilno napisane riječi? I da bi slijed riječi imao ispravnu sintaksu i imao smisla? Vjerojatnost da se sve ovo dogodi je očito izuzetno malena i teoretski je (ali nepraktično) izračunljiva. Kod DNK imamo posla s tisućama do milijardama "slova", a male pogreške u kodu obično su kobne!

Činilo se da bih, kako bih doista razumio problem spontanog stvaranja DNK, morao točno izračunati vjerojatnost da se takav slučaj slu- čajno dogodi. Srećom, radeći 28 godina za Ministarstvo obrane SAD-a kao viši kriptološki matematičar, posjedovao sam potrebne vještine za takvo izračunavanje. Počeo sam s razmatranjem virusa Phi-X-174 koji inficira bakteriju Escherichia coli. Njegova DNK ima nešto više od 5000 veza (baznih parova) i to je najkraća smislena DNK za koju se zna da postoji. On je također jednostavniji od većine DNK, jer njegova struktura tvori jednu spiralu (poput RNK) umjesto dvostruke.

Uz izračun vjerojatnosti da se DNK Phi-X-174 slučajno sastavi, bilo je potrebno uzeti u obzir i činjenicu da potencijalno mogu postojati druge slično male i održive DNK, čak i ako ih nema na Zemlji ili bilo gdje drugdje. Nadalje, za takvu spontano nastalu DNK postojala bi mnoga mjesta u ovom ogromnom svemiru na kojima bi mogla nastati i mnogo vremena za to; prema najnovijim znanstvenim otkrićima to je oko 13,8 milijardi godina. Izračun je donio vjerojatnost koja je nevjerojatno mala; ima 3.999 nula desno od decimalnog zareza! Ova vjerojatnost daleko premašuje bilo koji značajni standard koji se koristi u bilo kojoj znanosti. Ona je toliko mala kao da osoba zaigra ruski rulet 50.517 puta i preživi! (Ruski rulet se sastoji u tome da se šestokomorni bubanj revolvera u kojem se nalazi jedan metak zavrti, usmjeri u glavu i povuče okidač.) Bi li itko povjerovao da je to netko napravio i preživio? Da li bi ikoja razborita osoba to pokušala? Konačno, šanse da se preživi samo šest pokušaja su otprilike dva prema jedan. Zamislite kakve su šanse nakon 50.517 pokušaja! (Ako imate poteškoća da to zamislite, niste jedini. Izgledi bi bili predstavljeni riječju "trilijun" napisanom 333 puta iza koje slijedi "prema 1".) Izgledi za to su istovjetni izgledima da DNK Phi-X- 174 ili virusne DNK slične veličine spontano nastanu bilo gdje u svemiru sve od početka vremena.

Važno je napomenuti da je DNK sama po sebi potpuno nefunkcionalna. Ona je poput telefonske aplikacije bez telefona. U većini prirodnih okruženja ona čak ne može sačuvati svoju složenu strukturu da se ne razgradi. U živoj stanici DNK je zaštićena unutar jezgre. Virusu je potreban omotač od bjelančevina da bi ga zaštitio i unio u živu stanicu kako bi se mogao razmnožavati. Za Phi-X-174, ova zaštitna ovojnica sastoji se od 192 proteina koji se sastoje od 42.276 aminokiselina (jednostavnih gradivnih elemenata proteina). Kad bismo u izračun vjerojatnosti nastanka DNK Phi-X-174 slučajno uključili nužnu genezu ovog omotača, morali bismo uključiti još jedan beskrajno mali faktor, jedan s 26.589 nula desno od decimalnog zareza!

U praksi je nemoguć spontani nastanak najjednostavnije virusne DNK bilo gdje u svemiru od početka vremena. To je točno čak i ako se ne uzimu u obzir drugi čimbenici koji vjerojatnost čine još manjom, poput činjenice da DNK nikako ne može nastati unutar zvijezda, na planetama koji su preblizu galaktičkog središta ili u međugalaktičkom mediju. Taj je zaključak ponukao organskog kemičara i molekularnog biologa Alexandera Grahama Cairns-Smitha da napiše: "Ali, možete reći, uz sve vrijeme svijeta i s tolikim svijetom, kad bi se dogodio pravi splet okolnosti? Nije li to vjerojatno? Odgovor je ne, nije bilo dovoljno vremena, a nije bilo ni dovoljno svijeta."

Znanstveno pitanje o podrijetlu života stoji i dalje. Nema znanstvenog odgovora na pitanje, niti ga može biti, jer ono predstavlja nerazrješivu matematičku zagonetku. Vjerojatnost nastanka života kao prirodnog kemijskog ishoda toliko je mala da nam govori da je nelogično pretpostaviti tu mogućnost. Ipak, život zasnovan na DNK postoji! Naš je zaključak da se to nije dogodilo slučajno. Jedina alternativa je da se to dogodilo smišljeno.

Američki kemičari Stanley Miller i Harold Urey su 1952. godine izgradili komoru koja je u sebi sadržavala simuliranu predbiotičku atmosferu. Kroz ovu smjesu kemikalija oni su propuštali električne iskre da bi simulirali munje i uspješno su uzrokovali spontano stvaranje aminokiselina, jednostavnih gradivnih elemenata proteina. Dvije godine kasnije, američki biolog i dobitnik Nobelove nagrade George Wald napisao je članak u časopisu Scientific American izražavajući stav da je bilo samo pitanje vremena kada će se temeljne strukture života, poput

RNK, DNK i proteina, spontano stvoriti u simuliranim predbiotičkim uvjetima i u laboratoriju. Wald je u članku napisao da je glavnu ulogu u nastanku života odigralo vrijeme. Budući da je život na raspolaganju imao milijarde godina da se razvije, ono što bismo na temelju svog svakodnevnog iskustva smatrali nemogućim, ne samo da je moguće, već je čak vjerojatno ili "gotovo sigurno" i "vrijeme čini čuda".

Waldova očekivanja da će se proteini, RNK ili DNK spontano stvarati u predbiotičkim uvjetima u laboratoriju nisu se ostvarila. Tako je bilo unatoč tomu što su eksperimenti bili organizirani na način da znatno smanje vrijeme koje je obično potrebno za željeni rezultat. Šezdeset dvije godine nakon pisanja tog članka, nitko to nije uspio. Godine 1979., uvod u zbirku članaka časopisa Scientific American pod naslovom Život: podrijetlo i evolucija koji je uključivao Waldov članak, ustvrdio je da je, iako je njegov članak bio poticajan, to je bio "jedan od vrlo rijetkih slučajeva u njegovom profesionalnom životu da Wald nije bio u pravu". Nakon što je većinu svog života analizirao molekularnu strukturu živih organizama, Wald je promijenio svoje mišljenje. Pišući u International Journal of Quantum Chemistry (Međunarodnom časopisu za kvantnu kemiju) 1984. godine, objasnio je da je "uz određeni šok po moju znanstvenu senzibilnost" zaključio da je svemir i život stvorio jedan veličanstveni "um". Možda je to bila spoznaja da u svemiru nije bilo ni približno dovoljno vremena, niti dovoljno prostora da spontano nastane bilo što nalik na najjednostavniju virusnu DNK.

Ali o kakvom to "umu" Wald govori? Ako je postojao prije svakog života i prije stvaranja fizičke stvarnosti, onda to nije fizičko biće ili um kakvog poznajemo. Ne, to mora biti najviša Inteligencija Stvoritelj koji je stvorio i svemir koji je osmišljen da podrži postojanje života, kao i sam život.

Ovaj je članak preuzet iz knjige "Kozmička slagalica: znanstvena istraga o postojanju B-ga" Harolda Gansa (Feldheim Associates, 2020).