Energia ne-a facut ceea ce suntem astazi
La întrebarea cum a aparut viata pe Pamânt exista din partea cercetatorilor mai multe teorii. O parte au fost prezentate în revista noastra, azi ne oprim la cea mai noua dintre ele, cea prezentata de Nick Lane în cartea The Vital Question (Întrebarea vitala) aparuta anul trecut.
Nick Lane lucreaza în Departamentul de Genetica, Evolutie si Mediu al Universitatii London College, unde conduce un program de cercetare a originilor vietii. A publicat peste 70 de studii stiintifice si a scris patru carti de biochimie evolutiva, bine primite de critica si traduse în 20 de limbi.
The Vital Question a aparut în aprilie 2015, nu a fost tradusa în România, în schimb este una din cartile care l-au impresionat în mod deosebit pe Bill Gates, dupa propria postare. Ideea lucrarii lui Nick Lane este revolutionara: el considera ca aparitia si evolutia vietii pe Pamânt se datoreaza energiei, ea fiind cea care a influentat apoi evolutia vietii si ne-a facut fiinte umane.
Viata a aparut pe Terra în urma cu 4 miliarde de ani, dar structurile vitale erau simple, la nivelul de complexitate al unei bacterii. Celulele complexe, eucariote, s-au dezvoltat în urma cu 1,5-2 miliarde de ani. Protozoarele, ciupercile, plantele si animalele, sunt organisme eucariote. Acestea au celule cu structura complexa, în care materialul genetic este localizat în nucleul sau nucleii celulelor. Cum a urmat evolutia o asemenea speciala traiectorie?
O baterie celulara reîncarcabila
Raspunsul ar putea sta în ciudatul si fascinantul proces biologic prin care este fabricat ATP, proces numit chimiosmoza. La toate formele de viata terestre, energia necesara întretinerii vietii este obtinuta prin chimiosmoza, în cadrul careia o substanta numita adenozin-trifosfat (ATP), un fel de baterie chimica reîncarcabila este permanent descompusa si resintetizata în celule, furnizând energia necesara pentru a alimenta reactiile chimice vitale, adica metabolismul. Asadar, în lipsa ATP, a „bateriei reîncarcabile” din celule, viata n-ar fi fost posibila.
Teoria chimiosmozei a fost lansata de Peter Mitchell în 1978, pentru care a si primit Premiul Nobel, iar „veriga lipsa” a fost considerata de el, „un proton electrochimic care traverseaza membrana unei celule”. Unde se produce energia necesara vietii? Raspunsul dat de Nick Lane pe cât de ferm, pe cât de complicat: Mitocondria este uzina producatoare de energie a celulei eucariote si ea provine dintr-o bacterie care a intrat în simbioza cu celula, în urma cu 1-2 miliarde de ani în urma.
Pentru a vedea cât de complex si „eficient” este procesul de producere a moleculei ATP sa spunem ca, în fiecare zi, în organismul uman se sintetizeaza între 50 si 100 de kilograme de ATP! Este cea mai eficienta baterie reîncarcabila existenta pe Pamânt! Dar cine produce ATP? Se accepta ideea ca e vorba despre o enzima. Si acum apare cea mai fantastica explicatie a cercetatorilor: Enzima care produce ATP este un motor molecular care se roteste cu 7000 de rotatii pe minut (116.66 Hz), care preia protonii din interiorul celulei, îi combina cu alte molecule si produce câte trei molecule de ATP la o rotatie! Imaginati-va ca acest lucru se produce în fiecare secunda în organismul nostru! Daca s-ar opri producerea de ATP, viata ar înceta.
Asadar, viata este complexa si ea nu poate fi rodul întâmplarii sau al unei evolutii haotice în timp. Cu atât mai mult cu cât, dupa cum afirma si Stephen Hawking, entropia (dezordinea) creste o data cu Timpul. Or viata nu poate fi decât rodul unei „ordini”, al unui „proiect perfect conceput” al Designerului Suprem. Asa cum sistemul de operare Windows, pentru a face analogia cu lumea IT, nu este rodul nici al întâmplarii si nici al trecerii timpului. Dimpotriva, este rodul unei arhitecturi complexe, puse la punct de echipe de programatori, o munca perfect coordonate si sincronizata, produsul fiind apoi „sigilat” pentru ca nimeni sa nu mai aiba acces la structura sa. Teoria lui Nick Lane pleaca de la bacterii si Archaea, celule simple, procariote, organisme unicelulare care nu au nucleu central legat de o membrana (karyon) pentru a ajunge la complexele celule numite eucariote.
Celulele noastre, sa nu uitam, sunt eucariote. Cum s-a facut saltul de la procariote la eucariote si mai ales cum de a fost posibil acest salt doar o singura data, acum 1,5-2 miliarde de ani, este un mister pe care Nick Lane încearca sa-l dezlege în volumul sau The Vital Question.
Un moment unic în timp
„Exista o gaura neagra chiar în inima biologiei”, spune în Introducere Nick Lane. «Altfel spus, noi nu stim deocamdata de ce viata este asa cum este ea astazi. Toate formele complexe de viata de pe Pamânt se trag dintr-un stramos comun, o celula care s-a nascut din urmasii unei bacterii simple o singura data în 4 mili-arde de ani. A fost acesta un simplu accident sau alte „experimente” în evolutia complexitatii au esuat? Nu stim.
Ce stim este faptul ca acest stramos comun era o celula complexa. Era mai mult sau mai putin sofisticata ca si celulele noastre si a transmis aceasta extraordinara complexitate nu doar noua, ci si tuturor descendentilor, de la copaci la albine. Uitati-va la o celula proprie la microscop si încercati sa o diferentiati de o celula de ciuperca. Ele sunt practic identice. Daca nu semanam, atunci cum de suntem identici? Si nu doar ca ne asemanam.
Toate formele de viata complexe împart un extraordinar catalog de trasaturi elaborate, de la celule sexuale, la cele suicidare si de îmbatrânire, din care niciuna nu se gaseste în bacterii. Nu stim de ce atât de multe trasaturi unice s-au acumulat în acel singur stramos sau de ce niciuna din acestea nu arata niciun semn de evolutie în bacterii. De ce daca toate aceste trasaturi s-au nascut prin selectie naturala, alte trasaturi echivalente nu s-au dezvoltat si cu alte ocazii în alte grupuri de bacterii? Aceste întrebari scot în evidenta traiectoria evolutionista speciala a vietii pe Pamânt.
Viata s-a ivit cam la o jumatate de miliard de ani dupa ce s-a format Terra, probabil în urma cu 4 miliarde de ani, dar apoi a ramas „întepenita” la nivelul de complexitate al bacteriei timp de 2 miliarde de ani, jumatate din vârsta planetei noastre. Într-adevar, bacteriile au ramas simple în morfologia lor (dar nu si în biochimia lor) de 4 miliarde de ani. Prin contrast, toate organismele complexe morfologic, adica plante, animale, ciuperci, iarba de mare si unicelulare precum amoeba, descind din acel unic stramos, acum 1,5-2 miliarde de ani.
Acest stramos este „o celula moderna” cu o impecabila structura interna si un dinamism molecular fara precedent, puse în miscare de sofisticate nanomasini încifrate în gene noi, cu totul necunoscute în bacterii. Nu exista intermediari ai evolutiei care sa supravietuiasca pâna la noi, nu exista „verigi lipsa” care sa ne dea vreo indicatie despre cum sau de ce aceste trasaturi complexe s-au nascut, exista doar un vid inexplicabil între simplitatea morfologica a unei bacterii si splendida complexitte a celorlalte fiinte. O gaura neagra a evolutiei.»
