VETENSKAP. Det mest komplexa och fascinerande fenomen som förekommer i vårt kända universum är liv, levande materia. Men hur uppstod liv? Kan levande materia ha uppstått ur livlös materia så kallad abiogenes ( a - icke, biogenes, bildat genom levande organismer) och omvänt kan livlös materia ha skapats av liv?
Är till exempel lera, mineraler och liv väsensskilda kategorier eller finns det abiogenetiska och biogenetiska förbindelser mellan dessa olika fenomen?
Text: Ingela Bel-Habib | Bild ovan: Stenar och mineraler. Foto: G Lady. Licens: Pixabay.com (free use)
Trots frågan om livets uppkomsts stora betydelse inom biologi och filosofi görs bara glesa och sporadiska framsteg på området, eftersom alla spår från den tid livet började på vår jord har utplånats av meteoritnedslag och kontinentaldrift.
Mineralhypoteser om livets uppkomst
Emellertid har senare forskning inom geokemi, biokemi och livets ursprung kunnat visa att liv och mineraler är sammanflätade, överlappar varandra och har utvecklats tillsammans. Enligt denna forskning har mineral skapat förutsättningar för liv och liv har lett till uppkomsten av tusentals nya bergarter.
En förutsättning för liv är vatten i flytande form, men redan innan vatten bildades fanns nödvändiga ämnen och material för liv på jorden i form av mineraler i berggrund och lera och gaser i atmosfären.
Enligt olika så kallade mineralhypoteser kan livet ha förts till jorden via kometer eller uppstått djupt nere i berggrunden vid sprickor med hett vatten.
Ett annat antagande, som kan relateras till förekomsten av mineral, är att livet har sitt ursprung i närheten av hetvattenkällor vid plattektoniska gränser på havsbotten, så kallade black smokers, där metallsulfid som fällts ut från mikroskopiska porer i källorna, bidragit med material och energi till de första molekylerna i livskedjan.
En hypotes som stärker mineral och vattens betydelse för livets uppkomst är att mineraler i lera, i närheten av hetvattenkällor eller vid hetvattenssprickor i berggrunden, kan ha hjälpt till med bildandet av de första biomolekylerna.
Olika lermineraler, t.ex. montmorillonit, kan ha gjort det lättare för små organiska molekyler att kopplas samman till större, biologiskt aktiva molekyler.
Lermineraler förmodas sålunda ha fungerat som katalysatorer och kan på detta sätt ha underlättat bildningen av mer komplicerade kemiska strukturer som makromolekyler.
De första nukleinsyrorna och RNA, informationsbärande makromolekyler med förmåga till självreplikation, som anses vara föregångare till DNA, kan ha bildats på detta sätt.
Men hur skedde övergången från molekyl till levande cell och hur uppstod det skyddande och avgränsande hölje, det vill säga cellmembran, som till en början förmodas ha inneslutit RNA och senare DNA? Här kan lermineraler också ha spelat en avgörande roll.
Från molekyl till cell
För att försöka komma närmare ett svar på denna fråga simulerade på 1990-talet, den amerikanske biologen och nobelpristagaren Jack Szostak, förhållanden som råder vid de heta källor man finner längs oceanryggarna. Det är här ny havsbotten skapas och den är i ett tidigt skede full av små porer.
Genom att pressa en lösning av lera, fettsyror och RNA genom sådana här små porer visade Szostak att cellmembran inte bara bildas, utan också spontant innesluter RNA.
Leran anses här återigen ha haft en katalyserande roll för bildning av fosfolipidcellmembranet som bildats av fettsyrorna.
Vi skulle alltså här kunna tala om ett förstadium till en fungerande cell med RNA-kopiering innesluten i ett membran. Det blir nu således möjligt att föreställa sig en RNA-värld där molekyler framför genetiska budskap och kopierar sig själva och är utsatta för selektionstryck.
Senare skulle kopieringsfunktionen komma att tas över av DNA, med i stället RNA som mellanled mellan DNA och protein.
De nödvändigaste ämnena för liv kan således genom denna process med katalyserande lera, fettsyror och RNA ha kommit att omslutas av ett skyddande och sammanhållande cellmembran.
Vattnet skyddade vidare troligtvis de första cellerna från den starka ultravioletta strålningen från solen. Dessa celler var anaeroba, d.v.s. de andades inte syre. De livnärde sig på den ”soppa” av små organiska molekyler de svävade i. Så småningom kan de ha utvecklats till bakterieliknande celler, som via utveckling av fotosyntes började producera syre.
Lermineralernas ytor skapar förutsättningar för livets uppkomst
För att vidare undersöka vilken roll mineraler i lera kan ha spelat för uppkomsten av liv, det vill säga deras betydelse för abiogenes, har bland annat Peter Coveney, professor i fysikalisk kemi vid University College of London, forskat om samspelet mellan lermineraler och RNA-molekyler.
Han har funnit att mellan lerans skikt, som består av flera vanligt förekommande mineraler, finns det utrymmen som tar upp vatten och andra molekyler. Dessa mineralytor kan i livets första skede ha bidragit med plan, skydd och energi som underlättat bildande och organisering av allt längre och mer komplexa kemiska strukturer i form av till exempel RNA-molekyler.
Det verkar således som att ytorna mellan mineraler och vattenlösningar är viktiga för adsorption (när ett ämne fastnar på en yta), urval och koncentration av nödvändiga biomolekyler för livets uppkomst.
Skikt av lermineraler kan alltså ha bidragit med nödvändiga plan och skydd där avgörande kemiska reaktioner kunnat äga rum och stabiliseras. Den amerikanske geologen och astrobiologen Robert Hazen menar också att det är just lerans ytor som har skapat förutsättningar för livets uppkomst. Komplex kemi verkar således uppstå på ytor.
Här finns en strukturell likhet med den mänskliga kroppen och cellerna, som nästan enbart består av ytor där kemi kan äga rum. Om liv har uppstått ur lermineraler skulle man kunna säga att mineral på något vis ersatts av kroppen, som nu utför det kemiska arbetet.
Cirkulärt samband mellan levande och livlös materia
Enligt Hazen finns det inte enbart ett samband mellan mineral och liv, livlös och levande materia, så kallad abiogenes, utan levande organismer har också bidragit till skapande av mineral.
Robert Hazen har, bland andra forskare, kunnat visa att två tredjedelar av jordens mineraler ( som uppgår till cirka fem tusen) har formats som en konsekvens av biosfären, till följd av att liv skapar syre, som sedan har en inverkan på det som befinner sig på och nära jordytan.
Från och med livets allra första skede började mikroorganismer fylla atmosfären med syre som en följd av fotosyntes. Detta pågick under en mycket lång tidsperiod och kulminerade med den så kallade stora oxidationshändelsen (på engelska The Great Oxidation Event), då mängden syre i atmosfären ökade kraftigt.
Den kraftigt ökade mängden syres interaktion med redan existerande mineraler verkar, enligt bland annat Hazen, ha bidragit till uppkomsten av tusentals nya bergarter. Man kan således här tala om ett biogenetiskt ursprung till ett stort antal mineraler på jorden.
Senare geokemisk och biokemisk forskning visar således att skiljelinjen mellan livlös och levande materia inte är så skarp som man skulle kunna tro. Ett rimligt antagande är att det här inte handlar om radikalt skilda kategorier utan snarare om ett samspel mellan geosfär och biosfär. Sambandet mellan livlös och levande materia, mellan mineral och liv på jorden, går alltså inte i en enda riktning utan dessa olika element verkar vara förenade med varandra i ett ömsesidigt beroende och cirkulär kausalitet.
Kanske är det ingen slump att vi förevigar relationer och upplevelser genom mineral i form av till exempel guld - och silversmycken, ädelsten och stenar som vi hittar på stranden, om mineral kan knytas till liv och liv till mineral. Att vår planet och moder jord är en så kallad stenplanet kan också ha bidragit till vår fascination och intresse för detta ämne.
Text: Ingela Bel-Habib