Biziaren jatorria

Aurrekanbrikoko estromatolitoak Siyeh eraketan, Glaziarren Natura Parkea, AEB. 2002an UCLAko William Schopfek Nature aldizkariak duela 3500 milioi urteko eraketa geologiko hauek zianobakterioen ondoriozko fosilak eta, beraz, ezagutzen diren izaki bizidun antzinakoenen seinaleak izango liratekeela defendatzen zuen artikulu bat idatzi zuen.

Estromatolitoak itsas-ertzean (Shark Bay, Australia).

Biziaren jatorria gizakia aspalditik kezkatu duen gai bat da, ondorio zientifikoak ez ezik, garrantzi handiko beste ondorio batzuk ere planteatzen dituelako, metafisikoak, esaterako. Gaia hainbat ikuspuntutatik azter daiteke, baina artikulu honetan ikuspuntu zientifiko huts batetik helduko zaio, biologiaren teoria klasikoak eta zientziaren azken ekarpenak azalduz.

Biziaren jatorriaz edo abiogenesiaz (grezieraz: ἀ-βίο-γένεσις, a-bio-genesis; «ἀ-/ἀν- «ez» + βίος- «bizia» + γένεσις- «sorrera/hasiera», «Biziaren sorrera, ezerezetik abiatuta») jardutean, Lur planetaren gainean bizia nola sortu zen aztertzen da, bai eta biziak lehenengo zelulatik nola eboluzionatu zuen ere. Ikerkuntza horrek oso ekarpen baliotsuak egin ditu XX. mendearen erdialdetik. Ekarpen horiek, Lurrerako ez ezik, baliagarriak dira gure planetatik kanpo ere: esaterako, antzinako Lur planetan bizia agertzea eragin zuten faktoreak Unibertsoko beste alderdi batzuetan ere izango balira, oso litekeena zen bizia —guk ulertzen dugun eran— han ere agertzea.

Zientzialari gehienen ustez Lur planetaren gainean bizia orain dela 3.500 milioi urte inguru agertu zen. Oso onartua bada ere bizia Lurrean bertan sortu zelako hipotesia, zientzialari batzuek biziaren jatorria Lurretik kanpo kokatu dute, panspermiaren hipotesia defendatuz.

Biziaren jatorriari buruzko ikerkuntzak zientzia asko biltzen ditu bere baitan: biologia, kimika, astronomia, geologia eta meteorologia, besteak beste. Azken urteotan asko aurreratu den arren, oraindik ez dira argitu biziaren sorreraren atzean dauden faktore guztiak, eta nola eragin zioten elkarri lehenengo zelula sortzeraino.

Zer da bizia?

Sakontzeko, irakurri: «Bizi»

Biziaren jatorriari buruz jarduteko bizia bera zer den definitu behar da aurretik. Biologiaren hastapenetan galdera hori sarritan azaltzen da, eta biologo guztiak ez dira bat etortzen erantzuterakoan. Bizia izaki bizidunen ezaugarri esklusiboa denez, errazagoa da izaki bizidunen propietateak aipatzea bizia bera definitzea baino.

Izaki bizidun guztiek ezaugarri multzo bat partekatzen dute:

• Ugalketa ahalmena: izaki bizidunak bere buruaren kopiak egiteko gaitasuna dauka. Materia ez-bizidunaren aldean, izaki bizidunek haien kontserbazioa bermatzen dute belaunaldietan zehar.

• Jarduera metabolikoa: izaki bizidunek haien ingurumenetik hartzen dituzten molekulak eraldatzen dituzte, bide metabolikoen bitartez. Materia ez-bizidunaren aldean itxuraz aldatzen dute, metabolismoaren ondorioz hazi eta garatzen baitira.

• Sentikortasuna eta kitzikakortasuna: izaki bizidun orok ingurumenetik jasotzen dituen kinada guztiei erantzun egiten die.

• Berezko antolaketa biokimikoa: antzeko molekula organikoz daude osatuta izaki bizidunak (proteinak, azido nukleikoak, gluzidoak eta lipidoak, eta abar), eta antzeko bide metabolikoak dituzte (gluzido, lipido eta protidoen katabolismoa, azido nukleikoen funtzionamendua, proteinen sintesia…)

Lau ezaugarri klasiko hauetaz gain, bada beste bat oso ongi datorkiona materia bizidunari: informazio-konplexutasun ordenatuarena, hain zuzen ere. Kontzeptu horrek esan nahi du izaki bizidunek konplexutasun molekular handia dutela ez-bizidunen aldean, baina egitura konplexu horrek aparteko ordena duela.

Adibide batekin hobeto ulertzeko, azter dezagun birus baten egitura molekularra eta harri batena. Zalantzarik gabe, lehenak konplexutasun molekular handiago dauka bigarrenak baino eta —aldi berean— askoz ordenatuagoa. Esaterako, poliomielitisaren birusaren egitura deskribatzen badugu, deskribapen molekularra ia berdina izango da poliomielitisa eragiten duen beste birusarena. Baina harri bat deskribatzen badugu, ia ezinezkoa da egitura molekular berdina duen beste harri bat topatzea. Izaki bizidunak, beraz, ordenazio handiko sistemak dira materia ez-bizidunaren aldean.

Termodinamikaren 2. printzipioak Unibertsoan entropia gero eta handiago dela finkatzen du. Hots, sistema gehienak desordenatu egiten dira denboraren poderioz. Izaki bizidunak sistema oso ordenatuak direnez, termodinamikaren 2. legearen kontra jotzen dute, antza. Baina hori ez da gertatzen: izaki bizidunek egitura ordenatuak dituzte bizi direnen ingurumena desordenatzen dutelako.

Historian zehar

Abiogenesiaren pentsaera klasikoak, gaur egun zehazki berezko sorkuntza bezala ezagutzen dena, bizidun konplexuak substantzia organikoen deskonposaketatik sortzen zirela zioen. Esate baterako, arratoiak bat-batean metatutako ale artean bat-batean sortzen zirela edo larbak bat-batean haragian sortzen zirela uste zen. Izena 1870ean sortu zuen Thomas Huxley biologoak bere Biogenesis and abiogenesis lanean.

Bat-bateko sorreraren hipotesia Aristotelesek defendatu zuen, nork, adibidez, landare zorriak landareetatik erortzen zen ihintzetik sortzen zirela, arkakusoak usteltzen hasi zen materiatik, arratoiak lasto zikinetik, krokodiloak ur masen hondoan deskonposatzen ari ziren enborretatik sortzen zirela uste zuen, eta hala gainontzeko espezieekin. Guztiak entelekia izena ematen dion bizi indar moduko batetik sortzen ziren teoria honen arabera. Aristotelesek erabili zuen eta ondoren bat-batekoa bezala itzuli zena αυτοματικός (automatikos) zen, hau da, «bere kabuz sortua».

Aristotelesi errekonozitu zitzaion autoritateak, iritzi hau mendeetan zehar nagusi izatea eta René Descartes, Francis Bacon edo Isaac Newton bezalako pentsalariek onartua izatea eragin zuen. Adibidez, XVI. mendean, biokimikaren sortzailea izan zen Jan Baptist Van Helmont kimikari eta naturalistak 1648ko bere Ortus medicinae lanean honakoa adierazi zuen:

«

Zorriak, kaparrak, arkakusoak eta zizareak gure errai eta iraizkinetatik sortzen dira. Gure jantzipean erabiltzen dugun izerdiz betetako arropa aho zabaleko ontzi batean elkartzen badugu, 21 egunen ondoren gariaren zahian zehar sartzen ari diren eflubioak aldatu egiten dira, hauek arratoiengatik aldatuz. Halakoak bi sexuetakoak ikus daitezke eta ohiko moduan sortutako beste batzuekin gurutza daitezke.

»

1546an, Girolamo Fracastoro medikua bat-bateko sorreraren teoriaren aurka agertu zen, gaixotasun epidemikoak partikula txiki eta ikusezinek edo esporek sortzen zituztela zioen teoria ezarriz, beharbada izaki biziak izango ez zirenak, baina ez zen zabalki onartua izan. Beranduago, Robert Hookek mikroorganismoei buruzko lehen marrazkiak argitaratu zituen 1665ean. Zelulari izena eman izanagatik ere ezaguna da, kortxo laginak behatuz aurkitu zuena.

Lazzaro Spallanzani, italiar humanista, aditu eta zientzialaria, "biologoen biologoa" deitua. Biziaren sorrerarentzako azalpen zientifiko bat bilatzeaz arduratu zen lehen pertsonetako bat, bat-bateko sorreraren teoriaren aurka arituz.

XVII. mendean bat-bateko sorrera zalantzapean jartzen hasia da. Adibidez, Sir Thomas Brownek bere Pseudodoxia Epidemica lanean, Enquiries into Very many Received Tenets, and Commonly Presumed Truths azpiizenburua duena (hainbeste onartutako printzipioei eta arrunki suposatutako egiei buruzko ikerketak), 1646koa, sinesmen faltsuen eta "ohiko akats"en aurkako eraso bat egin zuen, jende gehienak bere ondorioak onartu ez zituen arren. Adibidez, bere garaikidea izan zen Alexander Rossek honakoa idatzi zuen:

«

Bada, hau (bat-bateko sorrera) zalantzan jartzea, arrazoia, zentzumenak eta esperientzia zalantzan jartzea da. Honetaz zalantza egiten badu joan bedi Egiptora, eta han zelaiak arratoiz nola betetzen diren ikusiko du, Niloren lokatzetik sortuak bertako biztanleen zorigaitzerako

»

1668an, Francesco Redi italiarrak esperimentu bat egin zuen; horren bidez, frogatu zuen usteltzen ari zen haragian larbarik ez zela agertzen, euliek haragi horretan arrautzak jartzea eragotziz gero. Bestalde, 1676an, Anton van Leeuwenhoek, bere marrazki eta deskribapenen arabera protozooak eta bakterioak izan zitezkeen mikroorganismoak aurkitu zituen. Horrek mundu mikroskopikoari buruzko interesa piztu zuen. Mikroorganismoen aurkikuntzak goi bizidunak bapateko sorrera bidez sortuak izatearen teoria baztertua izateko atea ireki zuen, mekanismo hau eurentzako erreserbatua egonik. XVII. mendetik aurrera, pixkanaka, behintzat goi organismo eta begi hutsez ikus daitezkeen guztien kasuan, aurretik bapateko sorrerari buruz ezarritakoa gezurra zela ikusi ahal izan zen. Alternatiba, dirudienez, omen vivum ex ovo aforismoa zen: hau da, bizidun oro aurretik existitzen zen beste bizidun batetik zetorrela (hitzez hitz, «arrautzatik»). Alabaina, John Needham ingeles apaiz katolikoak abiogenesiaren teoria defendatu zuen mikroorganismoentzat bere Observations upon the generation, composition and descomposition of animal and vegetable substances lanean (Londres, 1749). Horretarako, esperimentu bat egin zuen aho zabaleko poto batean jarritako oilasko eta artozko salda misto bat berotuz; salda hartan, oraindik mikrobioak agertu ziren, potoa kortxo batekin estali zuen arren.

1768an Lazzaro Spallanzanik mikrobioak airean zeudela eta irakin eginez deusezta zitezkeela frogatu zuen. Baina 1861 arte itxaron behar izan zen behin betiko teoria hau (berezko sorkuntzarena) baztertua izateko. Urte honetan Louis Pasteur frantziar mikrobiologoak onddoak eta bakterioak bezalako organismoak antzuak eta elikagaietan aberatsak ziren medioetan bapatean agertzen ez zirela, eta, beraz, teoria zelularra frogatzen zuten zenbait esperimentu zorrotz egin zituen.

Bitalismoaren gainbehera

Urearen formula kimikoa

XVII. eta XVIII. mendeetan hainbat filosofok “bitalismoaren teoria” garatu zuten. Haien ustez, “bizi-fluido” ikusezin batek bizidunen prozesu guztiak zuzenduko lituzke. Bizi-prozesuez hutsune batzuk badaude ere, zientzialari gehienek egun onartzen dute bizi-fenomenoak ikuspuntu fisiko-kimiko huts batetik azal daitezkeela, “bizi-fluidoak” eta beste entelekia abstraktuak baztertuz (horrek ez du ukatzen, ordea, balizko Adimen Gidari baten existentzia Unibertsoan).

1828an bitalismoak zartada gogorra jaso zuen, Friedrich Wöhler kimikariak urea laborategian sintetizatu zuenean. Wöhlerrek urea lortu zuen azido zianikoa amoniakoarekin nahastuz; modu honetan frogatu zuen izaki bizidunen osaera ez zegoela naturaren gainontzeko elementuetatik bereizita. Kimika organikoaren sorrera ezarrita zegoen, eta materia ez-organikotik molekula organikoak lor zitezkeenaren teoria egiaztatu zen.

Handik gutxira Kolbek beste molekula organiko bat sintetizatu zuen, azido azetikoa. Harrezkero laborategian ehunka molekula organiko eratu dira: azukreak, aminoazidoak, proteinak, hormonak, bitaminak… eta baita DNA zatiak ere, biziaren molekularik garrantzitsuena.

Lurreko antzinako atmosferaren osagai inorganikoetatik lehenengo molekula organikoak azaltzea -gero aztertuko dugunez- ez zen izan, beraz, ezinezko gauza bat, “bizi-indar” misteriotsurik gabe gerta zitekeen fenomeno kimiko arrunta baizik.

Darwin

1871ko otsailak 1ean Joseph Dalton Hookerrek zuzendutako gutun batean Charles Darwinek honakoa idatzi zuen.

«

Sarritan esaten da gaur egun bizidun bat sortzeko baldintza guztiak badaudela, eta beti egon ahal zirela. Baina putzutxo bero baten fosforo eta amoniozko gatz mota oro, argia, beroa, elektrizitatea etab... pentsatzerik bagenu, konposatu proteiko bat medio kimikoen bidez sortzea eta aldaketa are konplexuagoak jasateko prest, gaur egun, materia mota hau, berehala irentsia edo xurgatua izango litzateke, hala gertatuko ez zena bizidunak agertu aurretik.

»

Berezko sorkuntzaren teoria

Sakontzeko, irakurri: «Berezko sorkuntza»

XX. mendearen hasieran zientzialari batzuek biziaren jatorriari buruz lehenengo urratsak eman zitzaten beharrezkoa izan zen aurretik baztertzea Biologiaren mito zahar eta zentzugabe bat: berezko sorkuntzarena, hain zuzen ere.

XIX. mendean Pasteurrek kontrakoa frogatu arte, bizia materia bizigabetik sor zitekeela onartzen zen: haragi usteletik harrak sortuko lirateke, zaborretatik arratoiak, arkakusoak eta kakalardoak, lasto eta belar infusioetatik animalia mikroskopiko bitxiak, eta abar. Goian aipatu dugun bezala, harrigarria da Van Helmont kimikari ospetsuak (kimika arloan XVII. mendean ekarpen garrantzitsuak egin zituena) arratoiak sortzeko errezeta bat plazaratzea, trapu zahar eta gari pixka bat pilatuz.

Berezko sorkuntzaren teoriaren aurkako lehenengo argudioak Francesco Redi italiarrak eman zituen, XVII. mendean. Redik frogatu zuen haragi ustelduan ez zela inongo larbarik agertzen eragozten baldin bazen euliek haien arrautzak bertan jar zitzaten.

Pasteurrek diseinatutako matraza bere esperimentuak burutzeko.

1860an Pasteurrek berezko sorkuntzaren teoria deuseztatu zuen esperimentu multzo bikain batzuen bitartez. Zientzialari frantziarrak ingurumen-kutsadurarekiko babestuta zegoen lagin esteril batean bakterioak eta legamiak ez zirela sortzen baieztatu zuen; lagin bera airearekin harremanetan jartzen baldin bazen, ordea, mikrobio-hazkuntza nabarmena suertatzen zen. Hortaz, mikrobioak ez dira berezko sorkuntzaren bitartez agertzen laginetatik; airean daude, eta lagina kutsatzerakoan garatu egiten dira.

Pasteurrek zisne-lepoaren itxura zuten bi matraz erabili zituen bere esperimentuak burutzeko. Matraz horien lepoak oso luzeak ziren, eta gero eta meheagoak ahotik urrundu ahala, irekidura txiki batekin bukatuz; lepo horiek S itxura zuten. Matrazaren barnean haragi-salda (edo salda elikagarriaren) kopuru berdinak ipini eta irakiten jarri zituen, saldan egon zitezkeen balizko mikrobioak suntsitzeko. S itxurak airearen sarrera ahalbidetzen zuen eta, aldi berean, mikrobioen sarrera matrazean zegoen saldaraino oztopatzen zuen, mikrobioak lepoaren behealdean harrapatuta geratzen baitziren.

Egun batzuk geroago Pasteurrek matrazetako saldetan ez zegoela inongo mikrobiorik ikusi zuen, eta matraz bati S itxurako lepoa moztu zion. Irekitako matraz horretan mikroorganismo batzuk agertu ziren laster, bere lepoa mantendu zuen matrazak esteril ziharduen bitartean. Esperimentu zorrotz honekin berezko sorkuntzaren teoria baliogabetu zuen frantziar zientzialariak.

Lehen planteamendu zientifikoa: Oparin eta Haldane

Berezko sorkuntzaren teoria baztertua geratu ondoren, biziaren sorreraren kontua lehen zelularen sorrera azaltzen saiatzera zihoan. Astronomia eta eguzki-sistemaren sorrerari buruzko ezagutzek sistema bizi hau sortu zen baldintzei buruz espekulatzea ahalbidetzen zuten. Aldi berean, Oparinek eta Haldanek zenbait hipotesi sortu zituzten, balizko baldintza hauetatik abiatuta bizia sor zezaketen gertakarien ordena probablea ezarriz.

1924 arte ez zen benetako aurrerapenik egin kontu honetan, Aleksandr Ivanovitx Oparinek esperimentalki atmosferako oxigenoak biziaren sorrerarako beharrezko osagaiak diren molekula organikoak sintetizatzea eragozten zuela frogatu zuen. Loren S. Graham profesorearen arabera bere Science, philosphy and human behavior in the Soviet Union. New York: Columbia University Press saiakeran Oparinek bere ikerketak hasteko bultzada jaso zuen materialismo dialektikoa gerra hotzaren testuinguruan antzinako SESBen frogatzeko saiakera batean.

Bere Biziaren sorrera Lurrean lanean, Oparinek teoria kimiosintetiko bat azaltzen zuen, non molekula primitiboen jatorrizko salda bat oxigenorik gabeko atmosfera batean eguzkiaren argiaren eraginaren bidez sor zitekeen. Hauek geroz eta modu konplexuagoan konbinatuko ziren koazerbatu tantatxo batean disolbatuak geratu arte. Tantatxo hauek beste batzuekin fusionatuz haziko ziren, eta fisio bidez tantatxo alabak emanez ugalduko ziren, eta hala, metabolismo primitiboa bat lortuko zuten, non "zelula osotasuna" ziurtatuko zuten faktoreak biziraungo zuten eta halakorik egiten ez zutenak desagertu egingo ziren. Biziaren sorrerari buruzko egungo teoria askok oraindik Oparinen ideiak hartzen dituzte abiapuntu bezala.

Urte berean, John Burdon Sanderson Haldanek ere, Lurreko ozeano prebiotikoek, egungoen erabat ezberdinak, "disolbatutako zopa bero" bat eratuko zutela iradoki zuen, non konposatu organikoak, biziaren funtsezko osagaiak eratuko ziren. Ideia hau biopoesi deitu zen, hau da, materia bizia molekula autoerreplikatzaileetatik baina ez bizietatik sortzen den prozesua.

Eguzki sistema eta Lurraren sorrera

Eguzki sistema baten sorreraren irudi artistikoa

Lurraren gaineko biziaren sorrera eta eboluzioa gure planetaren eboluzioaren ondorioa besterik ez da izan. Lurraren sorrera, halaber, Unibertso eta eguzki sistemaren eboluzioaren ondorioz izandako gertakarietako bat izan zen.

Hipotesirik onartuena Unibertsoak orain dela 13.000 milioi urte leherketa handi baten ondorioz sortu zela baieztatzen du . Fisikaren eredu teorikoek, eta zenbait ebidentzia astronomikok (Doppler efektua, kasu), Unibertsoa bere sorreran puntu txiki bat besterik ez zela frogatzen dute, sorrera bertatik etengabeko hedatze-prozesuan dagoena. Hedatu ahala, Unibertsoa hoztu egiten zen, eta hozketa horrek erraztu zuen lehenengo atomoen agerpena (hidrogenoa, helioa, litioa, berilioa eta karbonoa bezalako atomo “arinak” azalduz).

Hasiera urtea	Gertaera
4.500 milioi urte	Lurraren sorrera
4.000 milioi urte	Lehenengo molekula organikoak
3.800 milioi urte	Lehenengo koazerbatuak
3.500 milioi urte	Lehenengo bizidunak (heterotrofo anaerobioak)
3.000 milioi urte	Lehenengo bizidun autotrofoak
2.200 milioi urte	Atmosfera oxidatzailearen agerpena
1.500 milioi urte	Ozono geruzaren finkatzea
1.500 milioi urte	Lehenengo eukariotoak
800 milioi urte	Lehenengo zelulanitzak
500 milioi urte	Lehenengo lehortarrak

Hasierako leherketaren ondoren, hots, Big Bangaren ondoren, Unibertsoaren hedakuntza oso azkarra izan zen, baina poliki-poliki grabitatea hedakuntzaren abiadura motelduz joan zen, une batean grabitate horren ondorioz materia egitura handitan egituratu zelarik. Materia egitura handi horiek egungo galaxien aitzindariak izan ziren, hidrogenoz eta helioz osatuak izanik.

Galaxia horietako batean, Esne Bidean, orain dela 5.000 milioi urte inguru gure eguzki sistemaren sorrera gertatu zen. Hasieran, gure galaxian gas-mordo handi bat besterik ez zegoen (nebulosa), errotazio higidura motela zuena. Denboraren poderioz, grabitazioa dela eta, nebulosa hori kondentsatzen hasi zen, partikula guztiak nebulosaren erdirantz abiatuz eta, ondorioz, galaxiaren neurriak txikiagotuz. Momentu angeluarraren kontserbazio printzipioaren arabera, txikiagotze horrek errotazio abiaduraren handiagotzea eragin zuen:

$m_{1}w_{1}r_{1}=m_{2}w_{2}r_{2}\,$

Errotazio higidura zuen nebulosa honetan erdialdeak gero eta masa handiagoa hartu zuen, grabitatearen ondorioz. Erdiko gune horrek “proto-eguzki” zelakoa osatu zuen, eguzkiaren aitzindaria. Era berean errotazio abiadura handituz joan zen, komentatu den moduan, proto-eguzkiaren kanpoaldeko eremuan indar zentrifugoak grabitazio-indarra gaindituz; horrek gas-eraztun baten askapena eragin zuen.

Askatu orduko, gas-eraztunak proto-eguzkiaren orbita batean era autonomoan biratuz jarraitu zuen. Denboraren poderioz, gas-eraztun horren partikulek planeta bat osatu zuten.

Proto-eguzki horrek gas-eraztun batzuk askatu zituen modu horretan, denborarekin planetak izango zirenak. Eguzkitik gertuen dauden planetek (Merkurio, Artizarra, Lurra eta Marte) ezaugarri komunak dituzte, eguzkitik urrutien daudenetik (Jupiter, Saturno, Urano eta Neptuno) oso desberdinak. Lehenengo planetak txikiagoak dira bigarrenak baino, eta elementu astunez osatuta daude (silikatoak, burdina, nikela…). Eguzkitik urrun dauden planetek, berriz, hidrogeno eta helioa dituzte elementu nagusiak.

Eguzki sistemaren sorreran elementu astunak proto-eguzkiaren inguruan kondentsatu ziren, bere grabitate-eremutik ezin baitzuten ihes egin. Elementu arinak (hidrogeno eta helioa), berriz, eguzkitik oso urrun kondentsatu ziren, eguzkitik gertu gas egoeran geratuz.

Orain dela 4.600 milioi urte, Lurra eratuko zuen gas-multzoa hozten eta kondentsatzen hasi zen. Gero, tenperatura jaitsi zenean urtutako materialak solidotzen hasi ziren, elementu astunagoak (burdina eta nikela) planeta berriaren erdigunean kokatuz, elementu arinagoz bilduak (silizio eta aluminioa). Elementurik arinenek (hidrogeno eta helioa, eta metano eta amoniakoa bezalako molekulek) gas estalki bat osatu zuten, jatorrizko atmosfera izango zena.

Lurraren antzinako atmosfera

Miller-Urey esperimentuan molekula organiko txikiak sintetizatu ziren gas arrunt batzuk gradiente termiko batean jarrita eta deskarga elektrikoekin.

Lurrean agertu ziren lehenengo molekula organikoak antzinako atmosferaren osagaietatik sortu zirenez, funtsezkoa da atmosfera horren osaketa ahalik eta hobekien ezagutzea.

Lurrak 4.500 milioi urte inguru dauka. Garai hartako atmosfera, gaurkoarekin alderatuta, arras desberdina zen. Eguzki sistema eratu zuen nebulosa hidrogenoz eta helioz osatuta zegoen %99-an. Lurreko jatorrizko atmosferak ere bi elementu arin horiek zituen gehienbat. Gaur egun, berriz, hidrogeno eta helioa desagertuta daude atmosferatik.

Planeta baten atmosferak gas bat atxikitzen du bi baldintza hauek betetzen direnean:

1. Planetaren grabitazio-eremua handia izatea. Zenbat eta handiagoa planetaren masa, orduan eta handiagoa izan beharko da gasaren ihes-abiadura:
   
   $Vi={\sqrt {2GM \over R}}$
   
   Lurraren atmosferan ez dago ez hidrogenorik ezta heliorik ere bi gas arin horiek abiadura handia dutelako, haien pisu molekular (PM) txikia dela eta. Lortzen duten abiadura ihes-abiadura baino handiagoa izaten da.
   
   Ilargian ihes-abiadura txikiagoa da, bere masa (M) Lurrarena baino txikiagoa delako; ondorioz, Ilargiak ez du atmosferarik, gas guztiek ihes egin dutelako.
   
   Planeta urrunek (Jupiter, Saturno, Urano eta Neptuno) hidrogeno eta helioz osatutako atmosfera dute, bi elementu horien abiadura planeta horien ihes-abiadura baino txikiagoa delako (planeta horietan ihes-abiadura oso handia da, haien masa eta grabitazio-eremua ere oso handia delako).
2. Planetaren tenperatura oso handia ez izatea. Tenperatura handiek gasaren molekulen energia zinetikoa handiagotzen dute, gasaren abiadura handituz. Horregatik, zailagoa da gas batentzat planeta hotz batetik ihes egitea planeta bero batetik baino (bi planetek masa berdina dutenean).

Ulertzekoa da Merkurio, eguzkitik hurbilen dagoen planeta, ia atmosferarik gabekoa izatea. Planeta urrunek (Jupiter, Saturno, Urano eta Neptunok) hidrogeno eta helioa atxikitzen dituzte, masa handia izateaz gain, oso tenperatura baxua dutelako. Artizarra, Lurra eta Martitz Merkurio eta planeta urrunen artean daude, tenperaturari dagokionez: elementu astunak atxikitzen dituzte haien atmosferetan, baina ez dituzte elementu arinak (hidrogeno eta helioa) atxikitzen, haien masa oso handia ez delako eta haien tenperaturak oso hotzak ez direlako.

Guztiz onartuta dago Lurraren antzinako atmosfera erreduktorea zela, hots, hidrogeno aske eta konbinatua kopuru handitan zuela. Lehen aipatu da eguzki sistema eratu zuen nebulosa %90ean hidrogenoz osatua zela. Ez da harritzekoa, beraz, gehiegizko hidrogeno hori konbina zezan gainontzeko elementuekin: oxigenoarekin (H₂O eratuz), karbonoarekin (CH₄ eratuz), nitrogenoarekin (NH₃ eratuz) eta sufrearekin (SH₂ eratuz). Beraz, metanoak (CH₄), amoniakoak (NH₃) eta azido sulfhidrikoak (SH₂), hidrogeno eta helioz gain -gero desagertuko zirenak-, Lurraren antzinako atmosfera osatzen zuten. Uraren zati bat atmosferan ere bazegoen lurrun moduan, ur gehiena kondentsatu bazen ere ozeanoak sortuz.

Antzinako eta gaur egungo atmosferaren osaketari erreparatzen badiogu, hau da emaitza:

Egungo atmosfera	Jatorrizko atmosfera
N2 (%78)	CH4
O2 (%21)	NH3
Beste gas batzuk (%1)	H2O
	H2
	He

Arrazoi sendoak daude antzinako atmosfera erreduktorea zela uste izateko:

• Lehen aipatutako hidrogenoaren (H₂) ugaritasuna Lurra eratu zuen gas-multzoan (eta hidrogenoaren ugaritasuna Unibertso osoan, oro har).

• Gero ikusiko dugunez (Miller-Urey esperimentua), lehenengo molekula organikoak atmosfera erreduktore batean besterik ezin zitezkeen agertu, eta ez atmosfera neutro edo oxidatzaile batean.

• Agerian geratu da antzinako burdin hobietan (4.000 milioi urtekoetan) burdina era ferrosoan (++) zegoela, eta ez era ferrikoan (+++) . Burdina Fe (++) eran dago ingurumena erreduktorea denean.

• Antzinako Lurrean erradiazio ultramorea oztoporik gabe iristen zen, ozono geruza ez zegoelako. Atmosfera erreduktore batek besterik ez du galarazten geruza horren agerpena (oxigenoa dagoenean ozonoa agertzen da).

Antzinako atmosfera erreduktoretik egungo atmosfera oxidatzailera igarotzeko denbora asko pasatu behar izan da, oso prozesu motela izan delako. Hauek dira prozesu horretako eragile nagusiak:

1. Uraren fotolisia. Prozesu honen bitartez ur molekula banandu egiten da erradiazio ultramoreak jotzerakoan:

2 H₂O → O₂ + 2 H₂

Fotolisi hau oso garrantzitsua izan zen aspaldian, ozono geruza ez zegoenean eta erradiazio ultramorea gure planetaren lur-azalera iristen zenean.

Prozesu horretan askatutako hidrogenoa, molekula arina izanik, atmosferatik ihes egiten zuen espaziorantz. Baina askatutako oxigenoak, astunagoa denez, atmosferan ziharduen; horrela, eta denbora luzean, lur-azaleko metalekin konbinatu zen, metal horiek oxidatuz (horrela agertu zen silizea (SiO₂) eta baita silikatoak ere).

Molekula horiek oxigenoz ase zirenean, oxigenoa atmosferaren gasekin (NH₃, CH₄ eta SH₂) hasi zen konbinatzen, ur gehiago eratuz:

4 NH₃ + 3 O₂ → 6 H₂O + 2 N₂

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

2 H₂S + O₂ → 2 H₂O + 2 S

Oxidazio horiek bukatu zirenean, oxigeno askea hasi zen atmosferan pilatzen. Hori gertatu zen orain dela 2.500 milioi urte, gutxi gorabehera (hala ere, garai hartako oxigenoaren kontzentrazioa atmosferan oso txikia zen gaurkoarekin alderatuta; oxigenoaren kontzentrazioa areagotu zuen prozesurik nabarmenena fotosintesia izan zen, eta hori beranduago garatu zen).

2. Sumendien jarduera. Aspaldian jarduera hori oso ugaria izan zen, orain baino askoz bortitzagoa. Sumendiek CO₂ kopuru handiak askatu zituzten. CO₂ hori lurreko silikatoekin konbinatu zen, kaltzita bezalako karbonatoak sortuz:

4 CO₂ + Ca₂Si → 2 CaCO₃ + SiO₂

Ekuazio kimiko honek, karbonatoak sortzen dituena, egundoko garrantzia izan zuen Lurraren gaineko bizia ager zedin. Ekuazio honi esker, sumendiek askatutako CO₂-a (eta metanoaren oxidazioan sortutakoa, gorago agertzen dena) ez zen Lurreko atmosferan pilatu. Pilaketa horrek lur-azaleko beroketa bat sortuko zuen, biziarekin bat etorriko ez zena (negutegi efektua dela eta).

Negutegi efektuak biziaren sorrera eragotzi zuen beste planeta batzuetan. Artizarrean, esaterako, karbono dioxidoaren pilaketa 400º C-ko tenperaturak eragin ditu bere azalean. Bizia ez zen agertuko Lurrean, beraz, karbono dioxidoa lur-azaleko materialekin konbinatu ez balitz, pilaketa kaltegarriaren arriskua ekidinez.

3. Ozono geruzaren sorrera. Oxigeno askea atmosferan pilatzen hasi zenean (orain dela 2.500 milioi urte inguru), ozono geruza eratzen hasi zen, erradiazio ultramorearen sarrera eragotziko zuena. Horrek egundoko garrantzia izan zuen, erradiazio ultramorea oso kaltegarria baita izaki bizidunentzat.

Ozonoa goi-atmosferan sortzen da, sorkuntza horretan erradiazio ultramoreak (hain zuzen ere) parte hartuz:

O₂ → 2 O

O + O₂ → O₃

Ozono-geruzak izaki bizidunak babesteaz gain ozeanoen uraren galera ekidin zuen, lehen azaldutako uraren fotolisia zela eta. Beste planeta batzuek, ozono-geruza garatu ez zutenek (Artizarra eta Martitz, esaterako), ur guztia galdu zuten fotolisia zela eta.

4. Fotosintesiaren agerpena. Fotosintesia burutzen zuten lehen bizidunen agerpenak errotik aldatu zuen atmosferaren egoera. Orain dela 2.500 milioi urte inguruko gertaera da hori. Oxigenoa kopuru handitan askatu zen atmosferara, karbono dioxidoaren maila ere —bide batez— jaisten zelarik (CO₂ pilatu zitekeen atmosferan, lur-azaleko material guztiekin konbinatu ondoren).

Hau da fotosintesiaren ekuazioa:

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

Bizi-sorreraren etapak

Lehenengo molekula organikoen agerpena

Lehenengo molekula organikoak duela 4.000 milioi urte agertu ziren, garai hartako atmosfera erreduktorearen gasetatik abiatuta.

Atmosfera erreduktore bat oso egonkorra da, eta erreakzio kimikoak ez ditu egiten energi iturri batek ez badu aktibatzen. Antzinako Lurrean lau izan ziren energia iturri nagusiak:

• Eguzki erradiazioa, orain baino indartsuago iristen zena, ozono geruza ez baitzegoen.

• Atmosferan sortutako deskarga elektrikoak (tximistak); antzinako Lurrean ekaitzak oso ugariak ziren, atmosferan amoniako asko zegoelako.

• Lur barnean zeuden substantzia erradioaktiboen desintegrazioan askatutako energia

• Sumendi-erupzioetan askatutako energia. Sumendien jarduera oso garrantzitsua izan zen aspaldian, eta zientzialari batzuen ustez sumendien labak zeregin handia burutu zuen lehenengo molekula organikoen sintesian.

Aipatutako lau energia iturrietatik lehenengo biak izan ziren garrantzitsuenak.

Aleksandr Oparin

1922an Aleksandr Oparin biokimikari sobietarrak biziaren jatorriari buruzko lehenengo teoria sendo eta landua aurkeztu zuen, garai hartan Sobiet Batasunean ezarri zen materialismo dialektikoa sustatu nahian. Oparinen ustez antzinako atmosfera erreduktorea izan behar zen, berak frogatu baitzuen oxigenoaren aurrean ez zirela molekula organikoak sortzen. Atmosfera horretako molekulak aktibatzerakoan, molekula organiko xumeak sortu behar ziren, jatorrizko ozeanoetan pilatuko zirenak (ustez, gaur egungo ozeanoak duela 4.000 milioi urte inguru sortu ziren, garai hartako harri sedimentarioen aurkikuntzak frogatzen duenez). Sortutako molekula organiko horiek, ozeanoetan pilatu zirenak, salda primitibo deritzona osatu zuten. Oparinen iritziz, lehenengo bizidunak molekula organiko horien hautespen eta eboluziotik agertu ziren, haien lehenengo habitat ur-ingurumena izanik; aipatutako “salda” izan zen bizidun horien elikagaia.

Lehenengo molekula organikoen sintesiaren eta lehenengo izaki bizidunen agerpenaren (duela 3.200 milioi urte) arteko denbora-tartean materia organiko asko pilatu behar zen ozeanoetan, Haldane zientzialariak “salda primitiboa” deitu zuena. Carl Saganek kalkulatu zuen lehenengo bizidunen agerpena baino lehen, ozeanoen %2a materia organikoz osatuta zegoela.

Lur gaineko biziaren jatorria lanean Oparinek atmosferako gasetatik sortutako molekula organikoak beren artean konbinatuko zirela proposatu zuen, koazerbatu izeneko tanta txikiak sortuz. Tanta horiek elkartzerakoan tanta handiagoak osatuko ziren, fisioaren bitartez ugalduko zirenak. Koazerbatu horiek zelularen osotasuna bermatuko zuketen, metabolismo xume baten agerpena ere erraztuz.

Lehenengo molekula organikoen sorreraz jarduterakoan, Oparinek oinarri esperimentala zeukan: garai hartan jakina zen zenbait molekula organiko xume —azido zianhidriko (CNH) eta formaldehidoa (CHOH), adibidez—, sor zitezkeela nitrogeno, metano eta ur molekuletatik.

Oparinen hipotesiaren egiaztapena 30 urte geroago —1953an— etorri zen, Miller eta Urey zientzialari estatubatuarren eskutik (ikus Miller-Urey esperimentua). Miller eta Ureyk, Oparinen ideietan oinarriturik, Lurreko jatorrizko atmosferaren baldintzak erreproduzitu zituzten laborategian, eurek asmatutako tresna batean . Metanoa (CH₄), amoniakoa (NH₃), ur-lurruna (H₂O) eta hidrogeno molekularra (H₂) deskarga elektrikoekin tratatu zituzten, aminoazidoak eta beste molekula organiko batzuk lortuz.

Millerrek eta Ureyk antzeman zuten haien atmosfera artifizialean zegoen karbonoaren %15a molekula organikoetan agertzen zela. Karbono horren %5a aminoazidoetan azaltzen zen. Glizina, alanina, azido aspartiko eta azido glutamikoa bezalako aminoazidoak eratu ziren esperimentu horretan. Aurkikuntza horrek bultzada handia eman zion Oparinen eredu teorikoari, zientzialari askok 1953 aurretik ez baitzuten uste atmosfera erreduktore baten gasetatik aminoazidoak azal zitezkeenik, izaki bizidunen funtsezko konposatu kimikoak.

1953az geroztik hamaika saio gehiago egin dira Millerren esperimentua oinarritzat hartuz. Esperimentu horietan frogatu da aminoazidoak beti agertzen direla gas-nahasketa erreduktore bat berotzen denean, erradiazio ultramorez irradiatzen denean edo deskarga elektrikoz tratatzen denean. Halaber, frogatu zen gas-nahasketaren osaketa ez zela erabakigarria, erreduktorea baldin bazen. Millerrek erabilitako metano, hidrogeno, amoniako eta uraren ordez, esaterako, hidrogeno, nitrogeno, karbono monoxido eta ura erabiltzen bazen aminoazidoak ere sortzen ziren.

Ondorengo esperimentu horietan zientzialari batzuek (J. Oró, Ponnamperuna, Sidney Fox, Carl Sagan…) Millerren esperimentua hobetu eta sofistikatu zuten, beste substantzia batzuk sartuz matrazetan (besteak beste, Millerrek aurkitu zituen konposatu organikoak). Molekula organiko ugari lortu dira modu honetan, materia biziaren funtsezko konposatuak: aminoazido guztiak, azido organiko anitz, urea, nukleotidoak, azukre asko, eta abar).

Biziaren jatorria eta eboluzioaren teoria

Sakontzeko, irakurri: «eboluzio»

Charles Darwinen teoria eboluzionistak eragin handia izan zuen Oparin eta Haldaneren biziaren jatorriari buruzko lehenengo hipotesietan. Izan ere, zientzialariek uste zuten materia bizigabetik bizia sor zitekeela prozesu ebolutibo baten bitartez; alegia, eboluzioaren teoria orokortu behar zela, eta lehenengo biziduna eboluzioaren abiapuntutzat hartu beharrean, onartu behar zen materia bizigabearen eboluzio bat gertatu zela aurretik, eboluzio kimiko edo abiotikoa deitutakoa. Eboluzio kimiko horren ondorioz lehenengo biziduna agertu zen, etapa ebolutibo berri bat hasiz une horretan: eboluzio biologikoa.

Bizia agertu aurretiko eboluzio kimikoan hautespen naturala ere eragin handiko faktorea izan zen. Horrek esan nahi du lehenengo molekula organikoak Lurrean agertu zirenean, aipatutako hautespenak molekula egokienak edo zeuden ingurumenean ondoen moldaturikoak “aukeratu” zituela, beste molekula edo polimeroak desagertuz.

Lehenengo polimeroen agerpena

Lehenengo molekula organikoak atmosferako gasetatik sortu ostean, hurrengo etapa ebolutiboa molekula horien polimerizazioa izan zen nahitaez, gaur egungo bizidunen konplexu molekularrak osatzeko (gluzidoak, proteinak, azido nukleikoak, eta abar). “Adreilu”etatik abiatuta eraikina eratu behar zen, eta horretarako “adreilu” horiek era egokian elkartu behar ziren egitura ordenatua osatzeko.

Lehenengo polimero organikoen agerpena azaltzea lan korapilatsua da, molekula organikoen sorrerarena baino zailagoa. Proteinen sintesia, esaterako, prozesu nahaspilatsua da, 120 molekula organikoren parte-hartzea behar duena, tartean entzima askorena. Nola burutu zitekeen prozesu hau antzinako Lurrean prozesua katalizatzeko entzimarik ez baldin bazen? Oiloa eta arrautzaren problemaren antzeko beste bat sortzen da erantzuna emateko orduan.

Beste alderdi garrantzitsu batek arazoa zailtzen du are gehiago: erreakzio bio-sintetiko guztiek (proteinen eta azido nukleikoen sintesia, esaterako) energia behar dute, ATParen hidrolisia ematen duena. Lehenengo molekula organikoen artean ATP egon zitekeela esan bada ere, hori ez da guztiz frogatu.

Ikerlari batzuek aditzera eman dute entzimarik ezean katalizatzaile inorganikoek parte hartu zutela polimeroen sintesian; urea bezalako katalizatzaile organikoen parte hartzea ere azpimarratu da (laborategian frogatu da ureak nukleosidoen fosforilazioa oso ondo katalizatzen duela, nukleotidoak eratzeko).

Polimeroen sorrera azaltzeko beste oztopo bat gainditu behar da: aminoazidoen eta nukleotidoen polimerizazioak proteinak eta azido nukleikoak sortzeko, hurrenez hurren, ura askatzen du, polimeroen hidrolisiak ura behar duen bitartean. Adibidez, bi aminoazidoren arteko lotura peptidikoa gertatzerakoan (ikus aldameneko irudia).

Bi aminoazidoen arteko lotura peptidikoa, dipeptido bat osatzeko

Beste era batez esanda, ur-ingurumen batean polimeroen hidrolisia errazagoa da (ikuspuntu energetiko batetik) polimeroen sintesia baino. Hori horrela izanda nola sortu ziren polimero organikoak “salda primitibo” hartatik?

1960ko hamarkadan Sidney Foxek aminoazidoen soluzio bat berotu zuen 180 °C-tan, proteinen antzeko egitura peptidikoak lortuz. Tenperatura handi horiek ez zeuden antzinako “salda primitiboan”, baina zientzialari batzuen ustez oso tenperatura altuak egon zitezkeen sumendi inguruan. S. Foxek berak uste zuen sumendiek funtsezko zeregina izan zutela polimero organikoen sintesian jatorrizko Lurrean.

Beste hipotesi batzuk proposatu dira proteinen sintesia azaltzeko. Esaterako, “buztinaren hipotesia”. Honen arabera, aminoazidoen polimerizazioa buztinaren gainean gertatu zen. Buztina katalizatzaile oso eraginkorra dela frogatu da, eta aminoazido eta ATParen aurrean polipeptido kate luzeak sortzeko gaitasuna du.

Proteinekin batera, biziaren molekularik garrantzitsuenak azido nukleikoak dira. Azido nukleikoak nukleotidoen polimerizazioaren bitartez sortzen dira. Azido nukleikoek, gainera, haien burua kopiatzeko ahalmena dute; hori dela eta, “molekula biziak” direla esan daiteke.

Bi azido nukleiko daude: DNA eta RNA. DNAren funtzioa proteinak egiteko informazioa gordetzea da. Baina proteinak beharrezkok dira DNA berria egiteko ere. Horrek esan nahi du DNA molekulak ez duela ahalmenik, bere kabuz, biziaren prozesuei eusteko; proteinen laguntza ezinbestekoa du.

Proteinak sortzeko azido nukleikoak behar dira, baina azido nukleikoak eratzeko ere proteinak behar dira. Berriro oiloa eta arrautzaren arazoa agertzen da, erronkari.

Soluzioa, antza, RNAn dago. Badirudi lehenengo informazio-molekula RNA izan zela, informazio genetikoaz gain jarduera katalitikoa duela frogatu baita . Hau da, proteina bezala joka dezakeen azido nukleikoa da, erribozima izenekoa (entzima erribonukleikoa). RNAren nukleotidoak ere azaldu ziren jatorrizko atmosferaren baldintzak laborategian simulatu zirenean, Millerren ondoko esperimentuetan.

Cech eta Altman zientzialarien ustez RNAren molekula laburrak sortu ziren baldintza prebiotikoetan, haien erreplikazioa katalizatzeko gai zirenak. Gero, duela 3.800 milioi urte DNA gailendu zitzaion RNAri, DNAk bi kate dituelako eta horrek egonkortasun handiagoa ematen diolako.

Hurrengo etapa ebolutibo batean sortutako proteinen eta azido nukleikoen arteko elkarrekintza gertatu behar izan zen. Gaur egun oso neketsua da prozesu honi azalpen sinesgarri bat ematea, gero aztertuko dugunez.

Protozelulen agerpena

Molekula organikoak eta polimeroak jatorrizko Lurrean agertu ondoren, hurrengo etapa ebolutiboa protozelulen agerpena izan zen. Protozelula hauen arbasorik zaharrenak Oparinek deitutako koazerbatuak izan ziren. Koazerbatuak egitura aurre-biologikoak ziren, disoluzio koloidal batean agertutako partikula edo tanta txikiak, disolbatzailean disolbatzen ez diren molekulez osatuak.

Antzeko fenomeno bat gertatzen da olioa edo koipea ur-disoluzio batean disolbatzen dugunean: disolbagarria ez den partikula bat sortuko da, disolbatzailearen aurrean oso bestelakoa dena (partikula hauek disolbatzeko azido gogor bat bota behar zaio disoluzioari).

Molekula horiek ez dira uretan disolbatzen talde hidrofobo ugari dutelako (-CH₃, -CH, -CH₂, eta abar); talde hidrofiloak (-OH) dituzten molekulak, berriz, uretan oso disolbagarriak dira.

Disoluzio koloidal batean olioa uretan disolbatzearen antzeko zerbait gertatzen da, eskala txikian; disoluzio koloidalak eratzen dituzten molekulak (proteinak, lipidoak…) ez dira guztiz disolbatzen uretan, benetako disoluzioak ez direlako; baina ez dituzte eratzen ere begien bistan ikusitako molekula-multzoak. Mikroskopio elektronikoan, baina, ondo antzematen dira.

Mota honetako disoluzio koloidalek bi fase dituzte: koazerbatu edo tantatxo koloidalena (molekula organiko asko eta ur gutxi duena) eta disolbatzailearena (molekula organiko gutxi eta ur asko duena). Molekula organikoen pilaketaz sortutako tanta koloidalek beste molekula edo polimero ez-disolbagarriak harrapa ditzakete, tanta “gizenduz”.

Multzo koloidal horiek zelulen arbasorik zaharrenak izan omen ziren.

Sidney W. Fox.

1960ko hamarkadan Sidney Fox ikerlari estatubatuarrak polipeptidoak lortu zituen aminoazidoen soluzioak berotuz.. Polipeptido horiek koazerbatuen antzeko egiturak eratzen zituzten disoluzioan jartzerakoan. Foxek “mikro-esferak” deitu zizkien, eta zelula prokarioto baten neurria (2 mikra) zutela ikusi zuen. Protozelula horiek hazi eta ugaldu zitezkeen, ur-disoluziotik polinukleotidoak eta beste molekula organiko batzuk harrapatuz. Oparinen koazerbatuen antzekoak ziren, desberdintasun bakar batekin: polipeptidoz bakarrik osatuta zeuden.

Koazerbatuek zein mikroesferek banakotasuna dute, disoluzioan dauden gainontzeko molekuletatik bereizten dituena. Banakotasuna mintzari esker lortzen dute. Mintz hori, eboluzionatzerakoan, gaur egungo mintz zelular bihurtu zen.

Talde hidrofiloak eta talde hidrofoboak dituen partikula baten orientazioa uraren aurrean

Koazerbatuen mintza, disoluzioan haren molekulek hartzen duten orientazio espazialaren ondorioa da. Koazerbatuak osatzen dituzten molekulek (proteinek, lipidoek…) talde hidrofoboak eta talde hidrofiloak dituzte. Disoluzioan talde hidrofiloak disolbatzailerantz orientatzen dira, talde hidrofoboak koazerbatuaren barnean geratzen diren bitartean.Gaur egungo zelula prokarioto eta eukariotoen mintzek orientazio molekularraren printzipio berdina dute.

Koazerbatuen ezaugarri bitxi bat, laborategian egiaztatua, haien zatiketa ahalmena da: ingurumenetik molekulak hartzen dituenean, tanta koloidala hazi egiten da, neurri bateraino; neurri hori gaindituta tantatxoa bitan zatitzen da, prozesu fisiko huts batez. Sortutako tanta “kume” bakoitzak jatorrizko tantatik eramaten ditu molekula batzuk. Prozesu honek antza handia du bakterioen erdibiditze prozesuarekin.

Burdin sulfuroaren hipotesia

Sakontzeko, irakurri: «Burdin-sulfurozko munduaren teoria»

Oparinek azaldutako eredua, edo eredu klasikoa, da gaur egun ere zientzialari gehienek onartzen dutena biziaren jatorriaz jarduterakoan, eguneratze batzuekin (adibidez, RNAren eta erribozimen garrantzia lehenengo polimeroen artean azpimarratzen duena). Azken urteetan, hala ere, beste hipotesi batzuk kaleratu dira eredu klasikotik urrunduta, aintzakotzat ere hartu behar direnak. Guztien artean, burdin sulfuroarena da arrakasta gehien lortu duena.

Urpeko fumarolak. Burdin sulfuroaren hipotesiaren arabera bizia toki hauen inguruan sortu zen.

Günter Wächtershäuserrek teoria bat proposatu zuen 1986an, bizia urpeko iturrietatik gertu zeuden piriten gainazaletan sor zitekeela aipatzen zuena. Piritetan dauden sulfuro metalikoen (burdin sulfuro) erredox erreakzioetan askatutako energiak, urpeko tximinietan edo fumaroletan dauden tenperatura altuekin batera, aminoazido eta peptido txikien sintesia eragin zuten, Wächtershäuserrek 1990eko hamarkadan laborategian frogatu zuenez.

Zientzialari alemaniar honen esperimentuak Millerren esperimentuaren ondorio eta emaitza berdinetara iristen ziren, abiapuntua desberdina izan arren. Kasu honetan aminoazidoak eta beste molekula organikoak lortzen ziren hasierako molekula hauetatik: burdin sulfuroa (FeS₂), hidrogeno-sulfuroa, karbono monoxido eta ura. Molekula organikoen sorrera itsas hondoan gertatu zen, tenperatura eta presio handiko kondizioetan.

Wächtershäuserrek biziaren sorreran eta eboluzioan metabolismoak aurrea hartu ziola genetikari defendatzen du bere teorian. Lehenengo protozelulek erreakzio kimikoen zikloak zituzten, energia askatzen zutenak, eta gero eta molekula konplexuagoak ekoizten zituztenak. Nukleotidoak eta molekula genetikoak (RNA) geroago agertu ziren.

Zientzialari alemaniarrak irekitako bidea hartu dute beste ikerlari batzuek ere: haien iritziz, RNAren, DNAren edo entzimen moduko molekula organiko konplexuak baino askoz lehenago protometabolismo zelularra zegoen. Hots, biziaren sorkuntzaren prozesuan energetika genetika baino lehenago dator, funtsean.

Panspermia

Sakontzeko, irakurri: «Panspermia»

Panspermiaren teoria XIX. mendean agertu zen, eta Lur gaineko biziaren jatorria estralurtarra dela proposatzen du. Teoria honen arabera, izaki bizidunak ez ziren Lurrean sortu, kometa eta meteoritoetan etorri baitziren kanpoko espaziotik. Harkaitz handi horietan bakterio eta beste mikrobio batzuk egongo ziren, Lurra “kutsatuko” zutenak, bizia sortuz.

Panspermiaren aldeko zientzialariek argudiatzen dute mikrobio batzuk oso erresistenteak direla, eta gai direla Lurretik kanpoko espazioan bizirik irauteko, ikerketa batzuek frogatu dutenez.

Teoria honek ez du biziaren jatorria argitzen; arazoa lekuz aldatzen du beste planeta batera, besterik gabe.

Lehenengo zelulak eta haien eboluzioa

Oparinen koazerbatuak eta Foxen mikroesferak zelulen arbasotzat jotzen badira ere, agerikoa da koazerbatu baten eta zelula baten artean dagoen aldea egundokoa dela. Koazerbatuen eboluzioa, zelulak sortzeko, prozesu ezezaguna da gaur egun, laborategian errepikatu ezin dena (ez da horrela gertatu lehenengo molekula organikoen sortze prozesuan —Millerren esperimentua— edo koazerbatuen sortze prozesuan —Oparinen eta Foxen esperimentuak—).

Ustez, eboluzioaren une batean koazerbatu zahar batean bere azido nukleikoen erreplikazioa gertatu zen. Azido nukleiko horiek ez zuten oraindik informazio genetikorik (ez baitzegoen gene eta proteinaren arteko harremanik), baina biziaren ezaugarri bat hartu zuten: ugalketa ahalmena.

Bigarren fase batean azido nukleiko eta proteinen arteko elkarrekintza agertu zen. Horretarako, azido nukleikoen eboluzioa gertatu zen aurretik, eta proteinen sintesian parte hartzen duten 3 RNA mota azaldu ziren: tRNA, mRNA eta rRNA. Hori izan zen eboluzioko faserik garrantzitsuena, izaki bizidun eta materia bizigabearen arteko muga banatzen duena.

Informazio genetikoak bereizten du bizidun bat bere espezieko gainontzekoengandik. Halaber ahalbidetzen du berezko ezaugarrien transmisioa belaunaldien artean. Honek desberdintasun handia dakar koazerbatuekiko, hauek erdibitzen badira ere ez dutelako inongo ezaugarri genetikorik transmititzen.

Kode genetikoaren ezaugarri nabarmenen bat bere unibertsaltasuna da: izaki bizidun guztietan, bakterio izan ala tximino izan, DNAren base berdinei aminoazido berdinak dagozkie. Hau eboluzio biologikoaren aldeko argudio garrantzitsua da: informazio genetikoa zuten lehenengo zeluletan DNAren eta proteinen arteko elkarrekintza era jakin batean gertatu zen (adibidez, CGU hirukoteak arginina kodetzen du, GCCk alanina, eta abar), eta elkarrekintza hori berdin mantendu da eboluzioan zehar. Aipatutako elkarrekintza mekanismo fisiko-kimiko batengatik gertatu zen, ala ausazko gertakaria izan zen? Ez dago jakiterik.

Haien egitura apala dela eta (azido nukleiko eta proteina) ikerlari batzuek birusak lehenengo bizidunak izan zirela argudiatu zuten. Ez du ematen, ordea, hori egia denik: birusak zelula barneko parasito hertsiak dira, zaila izanik beste bizidunik gabe existitzea. Haien bizi-iraupenerako zelulak behar dituztenez, birusak geroago azaldu omen ziren, prokariotoak antzinako ozeanoetan bizi zirenean.

Lehenengo bizidunak ez ziren parasitoak, “salda primitiboan” zeuden molekula organikoetatik bizi ziren zelulak baizik. Prokariotoak ziren (eukariotoak 1.500 milioi urte geroago agertu ziren), metabolismo heterotrofo eta anaerobioa zutenak. Orain dela 3.500 milioi urte inguru bizi ziren.

• Metabolismo heterotrofoa: antzinako ozeanoek materia organiko asko zutenez, errazagoa zen materia hori hartzea sintetizatzea baino (autotrofismo). Oparinek berak, oso fisiologo ona izanik, lehenengo bizidunak fotosintetikoak zirenaren ideia baztertu zuen, fotosintesia oso prozesu korapilatsua baita (molekula eta egitura ugari eskatzen duena). Oparinentzat ezinezkoa zen fotosintesiaren sofistikazioa eta biziaren jatorria bat egitea. Lehenengo bizidunek heterotrofoak izan behar zuten, autotrofismoa askoz geroago agertuz.

• Metabolismo anaerobioa: lehenengo bizidunek metabolismo hartzitzailea eduki zuten, Lurreko jatorrizko atmosferak eta ozeanoek ez baitzuten oxigenorik. Ingurune horretan materia organikoa oxidatzen zuten, elektroien azken hartzailea bide katabolikoan zegoen konposatu organiko bat izanik (hartzidura).

Ustez, lehenengo organismo hartzitzaileek ez zuten tresneria metaboliko garaturik; hori dela eta, molekula organiko eta hazteko faktore asko behar zuten bizitzeko. Hauek oso ugariak izanik “salda primitiboan” ez zuten hornitzeko zailtasunik. Glukosa azido pirubikoraino oxidatzen zuten nonbait (glukolisia), gero prozesu hartzitzaile bat garatuz NADH₂ berroxidatzeko.

Burdin-sulfuroaren hipotesia defendatzen dutenen ustez, aldiz, lehenengo bizidunak oso bestelakoak izan ziren: urpeko iturrietako piriten inguruan agertutako proto-mikrobioak ziren, kimiolitotrofoak eta anaerobioak. Energia burdin ferrosoak oxidatuz lortuko zutenak:

FeS + H₂S → FeS₂ + H₂ + energia

Gaur egun badaude arkeo hipertermofiloak goiko erreakzioa burutzen dutenak.

Ingurumen-aldaketek eboluzioaren norabidea erabaki zuten. Lehen aipatu den bezala, atmosfera bere izaera erreduktorea hasi zen galtzen duela 2.500 milioi urte, eta oxigenoa hasi zen pilatzen (fotosintesia ez egon arren); molekula erreduzituak gutxitu ziren (NH₃, H₂, CH₄...) eta materia organikoaren sintesia ere gutxitu egin zen; honen ondorioz, eta lehenengo bizidunek kontsumitzen zuten materia organikoaren kopuru handiaren ondorioz ere, salda primitiboan materia organikoaren urritasuna hasi zen agertzen.

Materia organikoaren gabeziak Lur gaineko biziaren desagerpena eragin zezakeen garrantzi handiko aldaketa ebolutiboa gertatu ez balitz: lehenengo organismo autotrofoen agerpena, materia organikoa sintetizatzeko gai zirenak. Organismo horiek anaerobioak ziren, eta gaur egun sufrearen bakterioek egiten duten fotosintesiaren antzeko bat burutzen omen zuten.

Anaerobioa izateaz gain fotosintesi horrek SH₂ behar du, garai hartan Lurrean oso ugaria zen molekula. CO₂ ere behar du -hau ere kontzentrazio handitan zegoena- eta molekula proteiko oso bereziak: bakterioklorofilak.

CO₂ + n H₂S → (CH₂O)_n + n S

Bakterioklorofilak (eta klorofilak, orokorrean) molekula oso zaharrak dira, jatorrizko atmosferatik sortuak beste molekula organiko batzuekin. Millerren ondoko esperimentuetan molekula horien “eskeletoa” laborategian azaldu da, atmosfera zaharreko baldintzak simulatu direnean.

Lehenengo bakterio fotosintetikoak, beraz, materia organikoa ekoizten hasi ziren, baina ez zuten oxigenorik askatzen. Hurrengo urrats ebolutiboa elektroi emaile gisa H₂O erabiltzeko gai izan zitezkeen zelulen agerpena izan zen; zelula horiek, gaur egungo zianobakterioen antzekoak, duela 3.000 milioi urte azaldu ziren , eta klorofila berri bat zeukaten, bakterioklorofiletatik ezberdina.

Organismo berri horiek egungo fotosintesiaren ekuazioa burutzen zuten:

6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂

C₆H₁₂O₆ materia organikoa izanik (glukosa).

Harrezkero Lurraren atmosferak egundoko aldaketa izan zuen; oxigenoa kopuru handitan pilatu zen, ozono geruza agertuz (erradiazio ultramorea iragazi zuena). Prozesu metaboliko aerobioak nagusitu ziren, hartzitzaileen aldean askoz eraginkorragoak direnak.

Zianobakterioak egoki moldatu ziren materia organiko gutxi zuen habitat batera. Fotosintesiari esker gluzidoen urritasunari aurre egin zioten, eta nitrogenodun konposatu organikoen gabezia atmosferako nitrogenoa finkatuz konpondu zuten.

Klorofilaren egitura molekularra

Organismo fotosintetikoen eboluzioarekin batera, halaber gertatu zen klorofilen eboluzioa ere. Zianobakterio batzuetan klorofilen gune tetrapirrolikoa aldatu zen, zitokromoak agertuz. Gune tetrapirroliko oso antzekoa dute klorofilek eta zitokromoek, haietan magnesio atomo bat izanik eta hauetan burdin atomoa.

Zitokromoak zituzten lehenengo bizidunak anaerobioak ziren, Lurreko jatorrizko atmosfera anaerobioa zenean agertu zirelako. Organismo horiek CO₂ eta SO₄ erabiltzen omen zuten elektroien azken hartzaile gisa. Ondoren, atmosfera oxidatzaile bihurtu zenean oxigenoa elektroien hartzaile gisa erabiltzen zuten organismoak agertu ziren. Izan ere, oxigenodun atmosferak organismo askoren bizitza eraldatu zuen. Arnasketa aerobioa nagusitu zen, zitokromoei esker burutu ahal izan zena. Benetako iraultza metabolikoa izan zen arnasketa aerobioa, prozesu anaerobio eta hartzitzaileen aldean eraginkortasun energetiko askoz handiagoa lortu baitzuen . Lehenengo organismo heterotrofo aerobioak duela 2.200 milioi urte inguru azaldu ziren.

Aipatu dugun moduan, bizia uretan agertu eta bertan mantendu zen milioika urteetan zehar. Jatorrizko ozeanoek jana ez ezik, erradiazio ultramorearen aurrean babesa ere eman zieten lehenengo bizidunei. Ozono geruza sortu eta sendotu zenean (duela 1.500 milioi urte inguru) bizidunak gai izan ziren lehorrera igarotzeko; lehorreko habitaten kolonizazioa ez zen 500 milioi urte arte garatu.

Bibliografia

• Madigan M.T., Martinko J.M., Parker J. Brock Mikroorganismoen biologia (2007). EHUk euskaratua: 18-20 orr. ISBN: 978-84-9860-026-1.
• Lehninger, Albert: Bioquímica, Ed. Omega (1978). IBSN: 84-282-0211-7
• Dualde, V.: Biología Ed. Ecir, Valencia (1989). ISBN: 84-7065-128-5
• Dole, Stephen: Planetas habitables Ed. Labor (1974)
• Asimov, Isaac: Oinarrizko ehun galdera zientziari buruz Gaiak (1994) IBSN: 84-87203-61-2
• Horgan, J.: In the beginning Scientific American (1991), vol. 2, 100-109 orr.
• Dyson, F.J. : Los orígenes de la vida Cambridge University Press (1999) IBSN: 978-84-8323-097-8
• Oparin, A. : El origen de la vida Ed. Akal (1979)

Ikus, gainera

• Miller-Urey esperimentua
• Bizigarritasun planetarioa
• Drakeren ekuazioa
• Panspermia
• Lurraren historia
• Bizia
• Eguzki sistema

Kanpo estekak

• (Ingelesez) A.E.Zlobin, Tunguska similar impacts and origin of life (mathematical theory of origin of life, incoming of pattern recognition algorithm due to comets)
• «Biziaren jatorria, ehun urteko historia: Oparinetik gaur arte», Zientzia.eus, 1996.
• Gizakia, estralurtarra?
• Biziaren jatorria eta eboluzioa
• (Ingelesez) Origins of Life - Espezializatutako aldizkaria, ingelesez
• (Ingelesez) Biziaren jatorriaren ikerketarako Nazioarteko Elkartearen web-orria, ingelesez
• (Ingelesez) How Life Began: New Research Suggests Simple Approach
• (Gaztelaniaz) Biziaren jatorriari buruzko bideoa, espainolez (bideo)
• (Gaztelaniaz) Biziaren jatorriari buruzko bideoa, espainolez (bideo)
• (Frantsesez) Les trois grandes théories de l'apparition de la vie sur Terre