Biogeneza, różnorodność dotycząca życia, hipotezy o powstaniu życia

Biogeneza – nasza planeta ukształtowała się ponad 4,5 mld lat temu. Kiedyś sądzono, że życie pojawiło się na niej późno, gdyż wynikało to z braku wyraźnych skamieniałych form życia z prekambru. Dopiero po II połowie XX wieku zgromadzono pośrednie świadectwa życia zachowane w skałach datowanych na 3,5-4 mld lat.(zachowały się m.in. w Australii)
Od czasów starożytnych aż do XIX w. pochodzenie życia na Ziemi tłumaczono nadprzyrodzonym stworzeniem przedstawicieli wszystkich żyjących obecnie gatunków, bądź też sądzono, że najróżniejsze organizmy mogą powstać samorzutnie z materii martwej, np. robaki z mułu, larwy much z zepsutego mięsa (samorództwo). Od połowy XIX w. problem znalazł się w centrum uwagi naukowców w związku z pojawieniem się teorii ewolucji, w myśl której organizmy dziś żyjące wywodzą się z form prostszych, a jednocześnie badania Pasteura wykluczyły możliwość samoistnego powstawania nawet tak prymitywnych organizmów jak drobnoustroje. W związku z tym rozwinęły się trzy różne kierunki interpretacji biogenezy. Pierwszy traktował ten problem jako nierozwiązalny (poglądy Huxleya), drugi zakładał, że życie na Ziemi powstało z cząstek żywej materii, które przedostały się z innych planet lub przestrzeni kosmicznej (np. teoria transpermii). Trzeci kierunek opiera się na teorii samorództwa w zmienionym pojęciu. Problematyka biogenezy należy do najbardziej spektakularnych dziedzin nauki. Wymaga ona łączenia hipotez kosmologicznych i geologicznych, chemicznych, ewolucyjnych itp. Próbą ominięcia problemu była koncepcja panspermii wysunięta na początku XX wieku przez noblistę Svante Arrheniusa. Wg niej zalążki życia dotarły na Ziemię z kosmosu, np. w meteorytach. Odsuwa to jednak tylko problem w czasie i przestrzeni, zamiast wyjaśnić, skąd wzięło się życie w ogóle. Dziś udało się wykazać, że w przestrzeni kosmicznejsamorzutnie tworzą się liczne zw.organiczne, ale nie znaleziono dotąd żadnych śladów pozaziemskiego życia. Młoda dyscyplina astrobiologii zamierza poszukiwać życia np. w oceanie pod lodami Europy – księżyca Jowisza. Być może życie powstało też na planetach wokół innych gwiazd, jednak nie ma na to żadnych dowodów.
Dla koncepcji samoistnej biogenezy na Ziemi zasadnicze znaczenie miały doświadczenia Stanleya Millera i Harolda Ureya przeprowadzone w poł.XX wieku. Badacze ci wykazali możliwość samorzutnego tworzenia się cząstecz.organicznych, np. aminokwasów z prostych związków – metanu, amoniaku, CO2. Millerowi udało się otrzymać aminokwasy już po kilku godzinach w prostym układzie doświadczalnym symulującym obieg materii na pierwotnej Ziemi: podgrzewana kolba z wodą odpowiadała gorącemu praoceanowi, którego para mieszała się z metanem i amoniakiem w atmosferze, gdzie pojawiały się wyładowania atmosferyczne. Następnie produkty reakcji opadały w chłodnicy. Dodatkowe związki organiczne mogły trafiać na Ziemię z kosmosu, na przykład w kometach.
Wcześniejsze badania Aleksandra Iwanowicza Oparina, Jona B.S.Haldane’a i sidneya Foxa pozwoliły zbudować teoretyczne i eksperymentalne modele powstawania z takich substancji organicz.kulistych tworów przypominających prakomórki. Oparin zaobserwował, że mieszaniny polipeptydów, wielocukrów i kwasów nukleinowych tworzyły w wodzie kulki, roznące, dzielące się i wykazujące bardzo prosty metabolizm. Nazwał je koacerwatami.
Fox podgrzewał mieszaninę aminokwasów, uzyskując polimery, tak zwane proteinoidy, które po dodaniu do wody tworzyły kuliste mikrosfery. Otaczające je błony wykazywały potencjał elektryczny i zachodziła przez nie osmoza. Oparin i Haldane zakładali, że ewolucja chemiczna zachodziła w oceanie obfitującym w nagromadzone związki organiczne, które stanowiły pożywkę dla protobiontów, czyli pierwotnych struktur żywych.

Według nowszych koncepcji (Wchtershusera oraz Grahama Cairnsa-Smitha) ważną rolę jako matryce do syntezy związków organicznych odegrały minerały ilaste, np. piryt w strefie pływowej, na przemian zalewane wodą morską i naświetlane promieniowaniem słonecznym. W takich warunkach powinna się tworzyć powłoka złożonych związków org. Uczonym udało się też eksperymentalnie uzyskać rosnące i dzielące się banieczki otoczone błoną lipidową, odpowiadające hipotetycznemu stadium protobiontów.

Jednym z głównych problemów teoretycznego wyjaśnienia początków życia było rozwikłanie dylematu współzależności DNA i białek. Wyjściem z błednego koła okazał się zaproponowany przez Leslie Orgela i Carla Woesego model pierwotnego „świata RNA”. Istotnie okazało się, że kwas rybonukleinowy może pełnić nie tylko funkcję nośnika informacji, ale i katalizatora.