Náttúrufræðingurinn - 2003, Qupperneq 75

Tímarit Hins íslenska náttúrufræðifélags
5 nm
Fitusameind
Tvöfalt
fitulag
Prótín
8. mynd. Frumuhimna gerd úr tvöföldu lagi fitusameinda. íhimnum nútímafrumna eru
einnig prótín en væntanlega hafa pau ekki verið ífyrstu frumuhimnunum. Ur Molecul-
ar Biology of the Cell eftir Bruce Alberts o.fl.
skautuð. Morowitz telur að aðrar
sameindir, m.a. litberar (t.d. retinöl
og blaðgræna), hafi tengst og leyst
upp í þessum himnum og að
ljósorka numin af litberunum hafi
getað valdið jónastigli og spennu-
mun á milli ytra og innra borðs
himnunnar. Þessi munur hafi síðan
getað nýst til hvötunar á smíð líf-
rænna sameinda. Efnaskipti hafi
smám saman komist á í hinu
himnulukta rými. Einingar sem
þessar hafi getað fjölgað sér með
óreglulegri skiptingu en erfðaefni
hafi komið til sögunnar síðar.
Morowitz gefur litlar sem engar
skýringar á tilurð þess. Það er ein-
kennandi fyrir kenningu Morowitz
að mikil áhersla er lögð á hlutverk
himnunnar sjálfrar, ekki aðeins til
aðskilnaðar frá umhverfinu heldur
einnig sem orkumiðils og tengistað-
ar fyrir lífrænar sameindir.
Fituhimnum fylgja augljóslega
þau vandkvæði að erfitt er fyrir
skautaðar sameindir að komast í
gegnum þær. I nútímafrumum eru
það gjarnan himiiubundin prótín
sem sjá um flutning slíkra sam-
einda inn og út úr frumu. Wácht-
ersháuser (1988) forðast þennan
vanda með því að láta himnur ekki
koma fram fyrr en efnaskipti eru
nokkuð á veg komin en Morowitz
telur slíkar hugmyndir tæpast
raunhæfar (Morowitz 1992).
FYRSTU frumur
I nútímafrumum eru efnaskipti
mjög margbrotin og efnaskiptaferlin
eru samtvinnuð þamiig að það er
líkt og þau viti hvert af öðru og stilli
sig til samræmis hvert við annað.
Framleiðsla einstakra lífefna getur
verið mismunandi eftir aðstæðum
og eftir frumugerðum í fjölfrumung-
um, en samt heldur fruman í megin-
atriðum sama skipulagi efnaferla,
sama efnajafnvægi, á hverju sem
dynur innan þeirra marka sem líf
hennar leyfir. I frumunni ríkir sam-
vægi (homeostasis) í framleiðslu og
nýmyndun efna sem tryggir að
hvorki er of né van af hinum marg-
víslegu lífefnum sem hún framleiðir.
I raun er slíkt samvægi eitt af helstu
auðkennum lífsstarfseminnar, eins
og breski eðlisfræðingurinn Free-
man Dyson hefur lagt áherslu á í lít-
illi en mjög athyglisverðri bók sinni
um uppruna lífsins (Dyson 1999).
Þetta samvægi er m.a. háð ná-
kvæmri stjórn á starfsemi gena, svo
sem rækilega hefur verið rannsakað
hjá bakteríum. Minnstu bakteríur
sem lifa sjálfstæðu lífi framleiða
nokkur þúsund tegundir lífefna og
framleiðsla þeirra allra er vandlega
samhæfð. En hversu margbrotið
kerfi efnaferla hefur þurft til að
koma slíku samvægi á? Hlaut það
ekki að hafa krafist umlykjandi
himnu? Og gat það hafa komist á án
þess að erfðaefni kæmi við sögu?
Ovíst er um svar við fyrstu spum-
ingunni en mjög ólíklegt er að sam-
vægi hafi komist á án umlykjandi
himnu. Opið efnakerfi yrði óhjá-
kvæmilega fyrir röskunum frá um-
hverfi sínu og hætti því til óstöðug-
leika. Samvægi í nútímafrumum er
mjög háð stjórn á starfsemi erfðaefn-
isins og vandséð hvernig það gæti
hafa komist á án slíkrar stjómar, þótt
ófullkomin hafi verið í fyrstu.
Því má telja sennilegt að bæði
erfðaefni sett saman úr allmörgum
genum og sæmilegt samvægi efna-
ferla hafi þurft til þess að breyta
ófullburða lífvísi í eiginlega frumu
sem skipti sér á reglubundinn hátt.
En með tilurð hennar getum við
fyrst talað um fullburða líf.
LOKAORÐ
Uppmni lífs er ein af helstu óráðn-
um gátum líffræðinnar. I kennslu-
bókum og fræðsluritum er oft látið
að því liggja að lausn á þessari gátu
sé á næsta leiti en eins og væntanlega
hefur komið skýrt fram hér að fram-
an fer því fjarri að lausn sé í sjónmáli.
Engin af þeim kenningum eða tilgát-
um um uppmna lífs sem fram hafa
komið uppfyllir þau skilyrði sem
nefiid vom í upphafi þessarar grein-
ar um að gera þurfi grein fyrir öllum
þeim skrefum sem lágu frá lífvana
efni til lifandi vem. Kenning
Wáchtersháusers er einna ítarlegust
en hún hefur ekki reynst nægilega
sannfærandi. Auk þess sem þróun
flókinna efnaferla á yfirborði pýríts
verður að teljast harla ólíkleg gerir
kenningin ekki á sannfærandi hátt
grein fyrir uppmna erfðaefnis. Það
er reyndar sammerkt með öllum
kenningum um uppmna lífs að þær
eiga í miklu basli með að skýra upp-
mna erfðaefnisins. Kenningar sem
gera ráð fyrir að kjarnsýmr hafi
komið fram sjálfkrafa í fmmsúpu
em afar ótrúverðugar og tilgátur um
hugsanlega undanfara kjarnsýra í
hlutverki erfðaefnis eru enn sem
komið er ekki vel rökstuddar.
Hvað uppmna efnaskipta snertir
er kenning Wáchtersháusers á ýms-
151