Το φθινόπωρο του 1951 ο φυσικοχημικός Harold Urey που είχε τιμηθεί το 1934 με βραβείο Nobel, για την ανακάλυψη του δευτέριου, έδωσε μια διάλεξη στο Πανεπιστήμιο του Σικάγου, με θέμα την Προέλευση του Ηλιακού Συστήματος. Σε μια αποστροφή λοιπόν της ομιλίας του, διετύπωσε την απογοήτευσή του, γιατί 30, περίπου χρόνια μετά τη δημοσίευση των εργασιών των Oparin, Haldane, για την προέλευση της ζωής από την «αρχέγονη σούπα» της πρώιμης Γης, δεν είχε γίνει καμία πειραματική προσπάθεια για τον έλεγχο της ορθότητάς τους.
Μεταξύ των ακροατών του νομπελίστα επιστήμονα ήταν και ένας 21χρονος μεταπτυχιακός του Πανεπιστημίου, ονόματι Stanley Miller. Ο Miller εντυπωσιάστηκε τόσο από την αποστροφή του Urey, ώστε να του γεννηθεί η ιδέα, να αποτελέσει θέμα του δικτατορικού του, το οποίο θα ανελάμβανε υπό την εποπτεία του Urey. Έπρεπε να περάσει ένας περίπου χρόνος πριν βρει το θάρρος να πλησιάσει τον νομπελίστα για να του υποβάλει το φιλόδοξο αίτημά του. Και πράγματι είχε δίκιο που δίσταζε. Στις πρώτες τους επαφές ο Urey αρνήθηκε, αλλά για εντελώς καλοπροαίρετους λόγους: Αμφέβαλε ότι το πείραμα θα μπορούσε να είχε αποτελέσματα και θέλοντας να προστατεύσει τον νεαρό από το ριψοκίνδυνο εγχείρημα – οι υποψήφιοι διδάκτορες των οποίων τα πειράματα αποτυγχάνουν δεν παίρνουν διδακτορικό – τον απέτρεψε. Μπροστά όμως στην επιμονή του Miller τελικά δέχτηκε.
Τον Μάιο του 1953 το περιοδικό Science στο άρθρο που υπέγραφε ο Miller με τίτλο: Παραγωγή αμινοξέων, υπό τις πιθανές συνθήκες της αρχέγονης Γης, παρέχονταν – πρώτη φορά – αποδείξεις ότι είναι δυνατή η σύνθεση αμινοξέων, σε μια πειραματική προσομοίωση της ατμόσφαιρας και των ωκεανών του αρχέγονου πλανήτη. Στο σημείο αυτό, σκόπιμο είναι να αναφερθεί – καθώς, τι νόημα θα είχε η αφήγηση μιας επιστημονικής ιστορίας, αν δεν ήταν εν τέλει, η αφήγηση μιας ανθρώπινης ιστορίας;- ότι ο Urey παραιτήθηκε από το εύλογο δικαίωμά του (εκτός από την καθοδήγηση του Miller, πιστώνεται και τον σχεδιασμό της συσκευής), να συμπεριλαμβανόταν το όνομά του, με το επιχείρημα ότι αν δεχόταν, τότε όλοι θα απέδιδαν σε αυτόν τα εύσημα, και όχι στον άγνωστο μεταπτυχιακό φοιτήτη…
Στο πείραμα ο Miller χρησιμοποίησε τα αέρια τα οποία περιέχονταν σύμφωνα με τη θεωρία της αναγωγικής ατμόσφαιρας1 στην ατμόσφαιρα της Γης (Μεθάνιο, Αμμωνία, Νερό, και Υδρογόνο) τα οποία εκτέθηκαν σε συνθήκες που πιθανόν τότε επικρατούσαν στον πλανήτη (θερμοκρασία 80ο C, ενέργεια από ηλεκτρικούς σπινθήρες). Τα οργανικά μόρια που συγκεντρώθηκαν στη βάση της συσκευής περιελάμβαναν αμινοξέα, όπως η γλυκίνη, η αλανίνη, το γλουταμινικό καθώς και άλλα οξέα, όπως το μυρμηκικό και το γαλακτικό οξύ).
Αν και το πείραμα αυτό – με το οποίο αποδείχτηκε ότι είναι δυνατή η σύνθεση βιομορίων στις συνθήκες που επικρατούσαν στον αρχέγονο πλανήτη – συνέβαλε στη δημιουργία ενός πειραματικού τομέα, που ήταν εστιασμένος στην έρευνα για την προέλευση της ζωής στον πλανήτη, οι υποκείμενες θεωρητικές παραδοχές του, είχαν διατυπωθεί νωρίτερα – ακόμη και από τις δεκαετίες του 20 και 30, οπότε δημοσιεύθηκαν οι εργασίες των Oparin, Haldane.
Εννοείται πως δεν είναι ο κατάλληλος χώρος για μια πλήρη αναδρομή των μυθολογικών και φιλοσοφικών απαντήσεων οι οποίες δόθηκαν στο ερώτημα της προέλευσης της ζωής· ένα ερώτημα, τόσο παλαιό, όσο περίπου και ο ανθρώπινος πολιτισμός. Αν όμως περιοριστούμε στο διάστημα κατά το οποίο το ερώτημα προσεγγίστηκε με όρους εμπειρικούς, τότε θα συμφωνήσουμε πως δυο ήταν τα κύρια ορόσημα που διαμόρφωσαν το πλαίσιό του, και τα δυο παιδιά του 19ου αιώνα. Πρώτον, τα πειράματα του Λουί Παστέρ, που διεξήχθηκαν κατά τη δεκαετία του 1860, με τα οποία καταρρίφθηκε η δοξασία για την αβιογένεση των οργανισμών, ότι δηλαδή οι οργανισμοί που υπάρχουν σήμερα μπορεί να προέρχονται από την άβια ύλη. Και δεύτερον, η εργασία του Κάρολου Δαρβίνου – ένα εκπληκτικό παρατηρησιακό οικοδόμημα – του οποίου αντικείμενο δεν ήταν το πώς προήλθε η ζωή, αλλά το πώς εξελίχθηκε αφ’ ης στιγμής εμφανίστηκε2. Αν λοιπόν βάλουμε τον εαυτό μας στη θέση ενός ανθρώπου του 19ου αιώνα, θα ήταν πιθανό να θεωρήσουμε ότι οι δυο εργασίες, αν και διαφορετικού αντικειμένου, σχετίζονται και μάλιστα με αμοιβαίως αποκλειόμενο τρόπο: Αν ο Δαρβίνος έχει δίκιο – κι έχει δίκιο καθώς η θεωρία του ενάμιση αιώνα μετά τη διατύπωσή της παραμένει εξηγητική ισχυρή – αν δηλαδή όλη η υπάρχουσα ποικιλομορφία της ζωής ανάγεται σε έναν κοινό πρόγονο – το πρώτο οργανισμό που εμφανίστηκε στη Γη – τότε ελλείψει προγόνου του, πώς ο κοινός πρόγονος προγονός μας να μην έχει προκύψει αβιογενώς; Βεβαίως, αν ο υποθετικός άνθρωπος του 19ου αιώνα ήταν ο Hermann von Helmholtz, (ή ο Λόρδος Κέλβιν, ή ο Σβάντε Αρρένιους) δεν θα υπήρχε καν το ερώτημα, καθώς ο μεγάλος φυσικός και φυσιολόγος, στον οποίο οφείλουμε τη διατύπωση του νόμου της διατήρησης της ενέργειας, πίστευε στη θεωρία της πανσπερμίας. Σύμφωνα με αυτήν η ζωή υπάρχει από πάντα στο σύμπαν και τα σπόρια της – που μεταφέρονται από τον έναν πλανήτη στον άλλο, αναπτύσσονται όπου βρουν εύφορο έδαφος.
Σήμερα βεβαίως μπορεί να θεωρούμε το δίλημμα ψευδές, καθώς ο Παστέρ υποστήριξε ότι η βιογένεση – «Omne vivum ex vivo»: η ζωή προέρχεται από προϋπάρχουσα ζωή – είναι νόμος καθολικός για τα έμβια όντα που υπάρχουν σήμερα και όσα υπήρξαν στα 3,5 με 4 δισεκατομμύρια χρόνια, από τότε που εμφανίστηκε η πρώτη μορφή ζωής. Χωρίς όμως αυτό το πιεστικό ψευδοδίλημμα δεν θα είχαμε οδηγηθεί στη γόνιμη μελέτη, της άγονης ερήμου που μεσολαβεί ανάμεσα στην άβια ύλη, με τις απλές φυσικοχημικές νομοτέλειές της, και στην έμβια ύλη, με τις πολύπλοκες βιολογικές νομοτέλειές της.
Εν πάση περιπτώσει το πείραμα των Miller – Urey, που έθεσε προς έλεγχο τη θεωρία της αναγωγικής ατμόσφαιρας των Oparin-Haldane – ονομασία που δεν απηχεί το γεγονός ότι την ανέπτυξαν από κοινού, αλλά ότι εμπεριέχει τα κοινά στοιχεία των εργασιών των δυο επιστημόνων – ήταν το πρώτο αποφασιστικό βήμα στη διάσχιση αυτής της ερήμου. Ωστόσο, αν θέλουμε να είμαστε ιστορικά ακριβείς και δίκαιοι, τότε οφείλουμε να αναγνωρίσουμε ότι μια δεκαετία πριν τη διατύπωση της θεωρίας της αναγωγικής ατμόσφαιρας (1920 -1930) από τους Oparin, Haldane, είχε διατυπωθεί μια ρηξικέλευθη θεωρία για την προέλευση της ζωής. Ο άνθρωπος που την εμπνεύστηκε ήταν ο Leonard Troland, ένας πολυπράγμων Αμερικανός επιστήμονας – παράλληλα, καθηγητής Ψυχολογίας στο Χάρβαρντ, αλλά και βιοχημικός, ερευνητής στο ΜΙΤ και αρχιμηχανικός στην Technicolor! – ο οποίος ανάμεσα στα 1914 και 1917 δημοσίευσε μια σειρά άρθρων στα οποία υποστήριζε, ότι η πρώτη μορφή ζωής στον πλανήτη ήταν ένα ένζυμο, του οποίου οι αυτοκαταλυτικές ιδιότητες του επέτρεπαν να αναδιπλασιάζεται και οι ετεροκαταλυτικές, να τροποποιεί προς όφελός του το περιβάλλον. Όμως οι εργασίες του Troland, αγνοήθηκαν. Ίσως διότι ήταν πολύ προωθημένες για την εποχή τους, ίσως διότι δημοσιεύθηκαν σε περιθωριακά έντυπα, ίσως διότι ο θάνατός του (το 1932, σε ηλικία μόλις 43 ετών, εξαιτίας ενός πεζοπορικού δυστυχήματος) του στέρησε τη δυνατότητα να τις υποστηρίξει, όταν πλέον η συζήτηση για την προέλευση της ζωής είχε αποκτήσει πραγματικά πειραματικό χαρακτήρα. Τις εργασίες αυτές μας τις θύμισε, μια δεκαετία περίπου αργότερα (1922, 1926) ο Hermann Muller – o γενετιστής, μαθητής του Thomas Hunt Morgan, ο οποίος το 1946 τιμήθηκε με βραβείο Nobel – όταν σε μια τροποποίησή τους, υπεστήριξε ότι το αρχέγονο προγονικό μόριο, ήταν στην πραγματικότητα ένα γονίδιο, προικισμένο με καταλυτικές και αυτοαντιγραφικές ιδιότητες.
Πρέπει ωστόσο να επισημάνουμε ότι όλα αυτά γίνονταν σε μια εποχή που δεν ήταν ακόμη γνωστή η φύση του γενετικού υλικού. Ακόμη και ως τα μέσα του 20ου αιώνα – οπότε δεν είχε αποδειχτεί, πέραν πάσης αμφιβολίας ότι το DNA είναι το γενετικό υλικό (πείραμα των Hershey-Chase, 1952) – πολλοί επιστήμονες θεωρούσαν ότι γενετικό υλικό ήταν οι πρωτεΐνες. Και εξαίρεση δεν αποτελούσαν οι Oparin, Haldane. Ενώ όμως συμφωνούσαν στο ότι οι πρωτεΐνες αποτελούν το γενετικό υλικο, διαφωνούσαν ως προς το πρώτο βήμα, το οποίο θα έπρεπε να κάνει το αρχέγονο συσσωμάτωμα μορίων, ώστε να εκδηλώσει το φαινόμενο της ζωής. Ο Haldane θεωρούσε ότι ήταν η ικανότητά του να αποθηκεύει και να αντιγράφει γενετικές πληροφορίες, ενώ ο Oparin, ότι το πρώτο βήμα πρέπει να ήταν η ανάπτυξη ενός στοιχειώδους μεταβολικού μηχανισμού. Θα μπορούσαμε λοιπόν να πούμε ότι ως και σήμερα, οι διαφορετικές υποθέσεις που έχουν διατυπωθεί για την εμφάνιση της ζωής, διακρίνονται σε δυο μεγάλες κατηγορίες. Σε αυτήν που δίνει το προβάδισμα στο γενετικό υλικό (πρώτα η γενετική) και σε αυτήν που δίνει το προβάδισμα στην αξιοποίηση της ύλης και της ενέργειας του περιβάλλοντος (πρώτα ο μεταβολισμός). Αξίζει όμως και εδώ να γίνει μια παρέμβαση προκειμένου να επισημανθεί ότι η οπτική του Oparin, δεν ήταν άμοιρη ιδεολογικών προδιαθέσεων. Βρισκόμαστε στην εποχή της κατίσχυσης του Λυσενκοϊσμού – του αφελούς και θανατηφόρου για τους αντιπάλους του επιστήμονες, ιδιότυπου σοβιετικού Λαμαρκισμού – για τον οποίο η απόρριψη της καθοριστικής δράσης του περιβάλλοντος, έναντι του γενετικού υλικού, θα σήμαινε προσχώρηση στις αντιδραστικές θεωρίες του … Μοργκανισμού2.
Μια μείζων εξέλιξη στην απάντηση του ερωτήματος το πώς προέκυψε η ζωή σημειώθηκε το 1982. Ενώ, δηλαδή, είχε γίνει προ πολλού αντιληπτή η ύπαρξη ενός παραδόξου: Το γενετικό υλικό είναι η ουσία που υπαγορεύει τη σύνθεση των πρωτεϊνών. Όμως το ίδιο δεν μπορεί να καθορίσει τη σύνθεση των πρωτεϊνών, ούτε να αυτοδιπλασιαστεί, ελλείψει ενζύμων, δηλαδή μιας πολυπληθούς κατηγορίας πρωτεϊνών. Το παράδοξο αυτό του τύπου: Αν έκανε η κότα το αυγό ή το αυγό την κότα, λύθηκε από τον Thomas Cech, έναν Αμερικανό μοριακό βιολόγο ο οποίος ανακάλυψε την ύπαρξη ορισμένων μορίων RNA που διαθέτουν καταλυτική (ενζυμική) δράση. Τα μόρια αυτά που χαρακτηρίζονται ριβόζυμα, επέκτειναν την αντίληψή μας, ώστε να διευρύνουμε τον όρο «ένζυμο» και πέραν των πρωτεϊνών και βεβαίως χάρισαν ένα βραβείο Nobel στον Cech που τα ανακάλυψε. Αποκαλύπτοντας όμως ο Cech την ύπαρξη αυτών των Ιανών της Μοριακής Βιολογίας – περιέχουν γενετικές πληροφορίες, όπως το DNA, και παρουσιάζουν ενζυμική δράση, όπως οι πρωτεΐνες – άνοιξαν τη γνώση μας σε έναν θαυμαστό νέο κόσμο. Είναι ο Κόσμος του RNA, όπως τον χαρακτήρισε ο Walter Gilbert, ένας άλλος Αμερικανός μοριακός βιολόγος που τιμήθηκε με βραβείο Nobel το 1986. Δηλαδή ο κόσμος στον οποίο το πρώτο μόριο που υπήρξε το υποκείμενο της μετάβασης από τον άβιο στον έμβιο κόσμο, δεν ήταν ένα μόριο DNA, που μπορεί μόνον να φέρει γενετική πληροφορία. Ήταν ένα μόριο RNA, το οποίο είναι ταυτοχρόνως ικανό και να φέρει γενετική πληροφορία, και να καταλύει χημικές αντιδράσεις, ή κοντολογής ένα μόριο ταυτοχρόνως: βιβλίο οδηγιών, αλλά και εργαλείο για την υλοποίησή τους, που υπήρχε πριν εμφανιστούν στο προσκήνιο και το DNA και οι πρωτεΐνες. Όμως και στην περίπτωση αυτή η ιστορική δικαιοσύνη επιβάλει να αναγνωρίσουμε πως την ιδέα ότι η πρώτη έμβια οντότητα ήταν το RNA, πιστώνεται στους Carl Woese (1967), Leslie Orgel (1968) και Francis Crick (1968), την οποία διετύπωσαν – ως θεωρητική εικασία – ανεξαρτήτως, ο ένας από τον άλλον.
Ίσως λοιπόν (αυθαίρετη δική μου ερμηνεία, την οποία δεν πρέπει να πάρετε τοις μετρητοίς) ο Κόσμος του RNA, όχι απλώς να γεφυρώνει το χάσμα, ανάμεσα στο: Πρώτα η γενετική και στο: Πρώτα ο μεταβολισμός, αλλά κυριολεκτικώς να το καταργεί. Ένα μόριο ικανό για αμφίπλευρη δράση (ταυτοχρόνως πληροφοριακό και καταλυτικό) δεν ωθεί κανέναν να διαλέξει σε ποιο από τα δυο σκέλη του διλήμματος θα δώσει το προβάδισμα, καθώς ικανοποιεί και τα δύο.
Κλείνοντας το μικρό αυτό σημείωμα, που καλύπτει ένα ελάχιστο μέρος αυτού που υποσχέθηκε ο τίτλος του, καλό να είναι να γνωρίζετε ότι όπως δεν υπάρχει ομοφωνία για το πώς προέκυψε η πρώτη μορφή ζωής στον πλανήτη, άλλο τόσο δεν υπάρχει ομοφωνία, για το πού συνέβη αυτό. Από τότε που ο Δαρβίνος έγραψε στον φίλο του, ότι ίσως η ζωή να ξεπήδησε σε έναν μικρό ζεστό νερόλακκο, έχει κυλίσει πολύ νερό κάτω από τις γέφυρες. Έχουν κατά καιρούς προταθεί διάφορες περιοχές στις οποίες μπορεί η ζωή να ξεκίνησε. Μερικοί πιστεύουν ότι αυτό συνέβη στις γεωθερμικές πηγές, άλλοι στους πόρους τεραστίων μαζών ελαφρόπετρας που επέπλεαν στον ωκεανό. Αρκετοί ωστόσο επιστήμονες συμφωνούν ότι η ζωή δεν μπορεί παρά να προέκυψε κάτω από το νερό – εν μέρει διότι η αρχέγονη γη δεν είχε σημαντικές ηπείρους και επίσης διότι η βροχή θα αραίωνε υπερβολικά οποιαδήποτε «σούπα» κρίσιμων συστατικών στις μικρές χερσαίες λίμνες. Η τρέχουσα δεσπόζουσα αντίληψη θεωρεί λίκνο της ζωής τις αλκαλικές υδροθερμικές πηγές, όπως αυτή που υπάρχει κατά μήκος της Μεσο-Ατλαντικής Ράχης στην οποία το υπερθερμασμένο νερό που είναι πλούσιο σε σίδηρο και θείο και αναβλύζει από τον πυθμένα της θάλασσας, δημιουργεί αποθέσεις ιζημάτων, στους πόρους των οποίων τα δυο απαραίτητα συστατικά για την εμφάνιση της ζωής, η Ενέργεια και απαραίτητες πρόδρομες χημικές ουσίες, βρίσκονται στο ίδιο σημείο, ώστε να μπορούν να αλληλεπιδράσουν, όπως υποστηρίζει ο γεωχημικός Michael Russel, που είναι ο άνθρωπος που ενεπνεύσθη της σχετική θεωρία.
1 Η ατμόσφαιρα του αρχέγονου πλανήτη χαρακτηρίστηκε αναγωγική, από τους Oparin, Haldane, διότι η χημική σύστασή της χαρακτηριζόταν από την απουσία ελεύθερου οξυγόνου (το οξυγόνο υπήρχε μόνον στο νερό) και από την αφθονία ενώσεων που δρουν ως αναγωγικά μέσα, δηλαδή υδρογονωμένες ενώσεις που έχουν την τάση να δίνουν ηλεκτρόνια, και όχι να παίρνουν, όπως τα οξειδωτικά μέσα.
2 Ωστόστο τo 1871 ο Κάρολος Δαρβίνος σε μια επιστολή του προς τον φίλο του βοτανολόγο Joseph Dalton Hooker, είχε πιθανολογήσει πως: Η ζωή εμφανίστηκε σε έναν μικρό ζεστό νερόλακκο.
3 Έτσι αποκαλείτο, απαξιωτικά η χρωμοσωμική θεωρία της κληρονομικότητας που είχε διατυπωθεί από τον Τόμας Χαντ Μόργκαν και την ομάδα του στο περίφημο δωμάτιο με τις μύγες, στο εργαστήριο του Columbia.
Για τη συγγραφή του άρθρου αξιοποιήθηκαν οι ακόλουθες πηγές:
- https://www.lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/stanley-miller
- https://www.academia.edu/8461923/The_origins_of_research_into_the_origins_of_life?email_work_card=view-paper
- https://cshperspectives.cshlp.org/content/2/11/a002089.full.pdf
Η πρώτη εικόνα και η εικόνα της διάταξης του Miller είναι προϊόντα Α.Ι.