TIDIGT LIV PÅ JORDEN

Av Göran Kjellström

Under jordens ungefär 4,7 miljarder års existens har vår planet ägt liv i 3,6 miljarder år. Det är en svindlande tanke att ett biosystem skapades för så länge sedan, ett system som innebar möjligheter för vissa molekyler att kunna reproducera sig själva. Det är fascinerande, litet gåtfullt till sin natur, att studera hur det första livet på jorden kan ha uppkommit, hur vissa molekyler på egen hand började bygga upp en avbild av sig själva och låta sina grundegenskaper föras vidare till efterkommande avbilder eller som vi också benämner dem, replikor.

 Solen bildades ur formlösa interstellära gaser

Vi vet att det solsystem vi tillhör bildats ur ett enormt formlöst moln av interstellära gaser, som under inflytande av den egna gravitationskraften dragits samman. Den därmed uppkomna förtätningen av gasmolnet i kombination med en ökad rotationshastighet (med beräknad storleksomfattning av ett varv per tio miljoner år) resulterade i att molnet plattades ut till en skiva, känd under begreppet Vintergatan. Under gravitationsvirvlarnas inverkan aggregerades här och var stoftpartiklar av olika slag, så att vissa protoplaneter erhöll en kärna av järn och en mantel av sten, andra planeter ånyo bildades av lättare, gasformat material.

 Solsystemet bildas

Vår egen jords första atmosfär var rik på ammoniak, helium, metan och väte. Forskare har framkastat hypotesen om att den första atmosfär av dessa gaser tidigt drivits bort av den intensiva solstrålningen, och att jordens sedermera stabila atmosfärsammansättning bildats från den ånga som emanerat från det inre av jorden via vulkaner. Allt eftersom jordskorpan avsvalnade, bildades en andra atmosfär bestående av kväve, koldioxid och vatten och under efterföljande sekundära kemiska reaktioner adderades till denna atmosfär gaserna ammoniak, helium och metan. Inga indicier pekar emellertid på att något fritt syre skulle ha förekommit.

Urjorden med vulkaner och giftig atmosfär

I denna vad man litet vanvördigt har kallat "ursoppa" antas kemiska reaktioner ha inträffat, vilka under påverkan av intensiva energiurladdningar och under inverkan av värme och ultraviolett strålning framställt aminosyror, komplexa organiska molekyler som allt liv idag är uppbyggt av. Det har emellertid även lanserats en hypotes som säger att enkla organiska ämnen förekommer i partiklar ute i rymden. Svensken Svante Arrhenius lanserade tidigt en sådan teori, känd under namnet panspermiteorin, i vilken han framlade sin idé om distribution av "livsfrön" (panspermier) från rymden till jorden. Arrhenius teorier bemöttes tidigt med utomordentligt stor skepticism, men faktum är att så sent som i början av detta decennium, modern forskning har velat göra gällande att enkla extraterrestra (utomjordiska) organiska ämnena kan ha förenats till långa kedjor av mer sammansatta organiska molekyler, som klumpats ihop som interstellärt stoft och i ett tidigt utvecklingsskede via kometer kan ha nått jordytan (Chyba, Thomas, Brookshaw and Sagan 1990: Cometary delivery of organic molecules to the early Earth.- Science 249:366-373).

Vilken teori som än är sanningen närmast liggande gäller att de varma haven utgjorde själva vaggan, hemvisten för det tidiga livet Så sent som under 1970-talet var de flesta paleontologer (paleontologi: paleo = tidigt; ons/ontis = liv; logi = läran, dvs läran om tidigt liv) överens om att livet på jorden torde ha startat för någon miljard år sedan. Under senare decennier har emellertid allt fler fynd av tidigt liv påträffats från sediment som vid radioaktiv åldersdatering visat sig äga en ålder av ca 3,6 miljarder år. Den tid som erfordrades för själva livprocessens tillblivelse har uppskattats till 200 - 300 miljoner år, och livets vagga, dvs jordens första urhav, måste sålunda ha stått färdig för åtminstone 3,8 miljarder år sedan.

Vi har nämnt närvaron av intensiva energiurladdningar i kombination med värme och ultraviolett strålning för bildningen av de första komplexa organiska molekylerna. Till grund för sådant antagande ligger bl a experiment i laboratorium, utförda för första gången i början av 1950-talet. År 1953 lyckade nämligen Stanley Miller framgångsrikt framställa enkla organiska molekyler av det slag det primitiva första livet antas ha varit uppbyggt av. "The Miller Experiment", en internationell benämning för att hedra dess upphovsman, byggde just på principen att till en blandning av vatten och diverse gasblandningar liknande den tidiga uratmosfärens sammansättning, tillföra intensiva elektriska urladdnngar, värme och ultraviolett strålning. Den resulterande "ursoppa" Miller erhöll bestod av en blandning av aminosyror, enkla kolväten, fettsyror samt vissa kritiska, för allt liv fundamentala energirika molekyler, benämnda ATP-molekyler, vilka tjänstgör som ett slags strömförsörjande batteri.

Många av dessa första bakterieliknande livsformer dog emellertid ut i brist på tillräckligt energitillskott under det att de former, exempelvis de s k cyanobakterierna, som rustats med möjligheten att utnyttja den energi den ultravioletta strålningen från solljuset gav, kunde framgångsrikt leva och utvecklas vidare. Fynd av dessa primitiva encelliga organismer har rapporterats bl a från North Pole Dome i Australien samt från Onverwach i Sydafrika. Den f n mest exakta radioaktiva dateringen av förstnämnda fynd ger en ålder på 3,56 miljarder år och 3,54 miljarder år för sistnämnda fynd. Fragmenten som påträffats utgörs av dels isolerade mikroskopiska encelliga organismer, dels av encelliga celler som aggregerats eller klumpats ihop som laminerade lager där varje lager består av endast en cell. Denna typ av laminerade organismer benämns stromatoliter. Deras unika förmåga bestod i att kunna nyttja solljuset som energikälla i kombination med egenskapen att kunna uppta havets innehåll av väte. Stromatoliter har påträffats i vårt land från ca 2 miljarder år gamla bergarter, nämligen från prekambriska kalkstenar i trakterna kring Sala i Uppland samt från den prekambriska Visingsögruppen vid Omberg.

Som ett resultat av denna första variant av fotosyntes började syre gradvis ingå som en viktig komponent i atmosfärens sammansättning, en process som antas ha inträffat för 2,0 - 2,5 miljarder år sedan. Paradoxalt nog skapades därmed också en biologisk kris så till vida som syret utgjorde en giftig komponent för den primitiva cellen. Lösningen på detta problem hade nu Naturen i att finna nya vägar för metabolismen, alltså för de kemiska och fysiska reaktioner som utgör själva essensen för livet. Lösningen bestod i ett avancerat skyddsystem som möjliggjorde en slags "avskalning" av vätet från cellen. Samtidigt som detta system "skalade av" vätet från cellen, kunde cellens s k polysackarider, komplexa sockerarter, brytas ner till koldioxid och vatten med ett ATP-innehåll som låg 10 - 15 gånger högre än tidigare, dvs cellen erhöll ett betydligt ökat energitillskott.

Den förhöjda energin utgjorde upptakten till en synnerligen accelererande evolution, som beräknats ha pågått för 1,5 - 2,0 miljarder år sedan. Denna evolution ledde till uppkomsten av en ny typ av komplicerade cellsystem, de första komplexa multicellulära livsformerna.Varje cell erhöll en central kärna i vilken reproduktionsmekanismen låg koncentrerad. Allt eftersom evolutionen framskred skedde ytterligare specialisering: varje cell tilldelades sin unika arbetsuppgift, allt i avsikt hålla den nu betydligt mer komplexa organismen vid liv. Det alltmer ökande antalet organismer evolutionen frambringade, innebar att atmosfären genom de omfattande fotosyntesprocesserna tillfördes allt större mängd fritt syre. Under långa tider togs delar av detta syre om hand av vissa oxidationsprocesser i jordens berggrund. Det syre som låg på mycket hög höjd över jordskorpan omvandlades av solens ultravioletta strålning till ozon, vilket därvid kom att tjänstgöra som en effektiv skärm för den intensiva solstrålningen.

Tack vare detta omfattande ozonskikt avskärmades den skadliga solstrålningen samtidigt som fritt syre från fotosyntesprocessen därmed kunde kvarhållas vid jordytan, en omständighet som bidrog gynnsamt till ytterligare utveckling av nya livsformer betydligt mer avancerade än det tidiga liv vi här stiftat bekantskap med. Men dessa mer komplexa livsformer får bli föremål för en annan artikel.

© 1998 Göran Kjellström




©2001- GeoNord