Wydzielam fragment opisowy, który wskazuje na rozdział pomiędzy obszarem biologii i chemii w świecie wczesnego życia białkowego.

Całość opisu będzie prowadzona w punktach (opisanych kolejnymi literami alfabetu) i niekiedy będą prowadzone odwołania do wcześniejszych punktów.


A. Warunki brzegowe - Ziemia po wstępnym uformowaniu była obiektem gorącym bez stałej powierzchni. Po wstępnym oddaniu nadmiaru ciepła w przestrzeń pojawiają się pierwsze zbiorniki wodne (choć nikt normalny wodą by tego nie nazwał, to rodzaj wulkanicznej "zupki"). Zawartość wolnego tlenu w atmosferze prawie zerowa (poniżej 0.1%), tlen został w okresie gorącym związany ze wszystkimi napotkanymi pierwiastkami, które w ogóle tworzą tlenki (głównie węgiel i krzem). To w tych pierwotnych zbiornikach zgodnie z tysiącami eksperymentów przeprowadzanych na najprostszych związkach chemicznych zawierających węgiel, azot i tlen w obecności różnych źródeł energii zaczynają się tworzyć "cegiełki życia" w olbrzymiej i nieograniczonej utlenianiem ilości oraz różnorodności przewyższającej czterokrotnie to, co współcześnie spotykamy w organizmach żywych.

B. Ograniczenie wolnym tlenem - najnowsze badania wskazują, że w atmosferze w tamtym okresie zdarzały się okresy podwyższonego (ale nie w naszym rozumieniu tego słowa) stężenia wolnego tlenu. Sytuacja ta niewiele zmienia w naszych analizach, gdyż:
1. Anomalie tyczą się atmosfery (tam zaczątki życia nie były obecne).
2. Duża obecność wolnych pierwiastków chemicznych zdolnych do utleniania w wodzie neutralizowała nadmiar wolnego tlenu.
3. Zmniejszenie (z powodu utlenienia) nawet połowy "cegiełek" nie zatrzymywało procesów.
4. Procesy nas interesujące zachodziły głównie w obszarach tzw. kominów a tam wolnego tlenu nie ma dość nawet obecnie.

C. Błona fosfolipidowa - Jeśli w wodzie (resztę składu chemicznego na razie pomijamy) znajdują się fosfotłuszczowce (zwane fosfolipidami, wody tego okresu pełne były różnych tłuszczów, to najordynarniejszy związek białkowy i powstaje dość łatwo - łatwiej niż aminokwasy, a te powstają jak głupie, i do tego w olbrzymiej różnorodności), to zaczną one z powodu istnienia prostego zjawiska fizycznego, jakim jest napięcie powierzchniowe, tworzyć micele - pęcherzyki o ściance z podwójnej warstwy fosfolipidów zawierających wewnątrz również wodę.

D. Wzrost miceli - Jeśli taki pęcherzyk napotka na swojej drodze wolne kwasy tłuszczowe, wkleja je do swojej ogólnej masy powiększając objętość miceli (podstawowe zasady fizyki, żadnych cudów). Pęcherzyk taki jest stabilny, co oznacza, że nie rozpada się spontanicznie na elementy, z których powstał.

E. Podział miceli - Wzrost powierzchni błony spowodowany "połykaniem" wolnych kwasów tłuszczowych powoduje wzrost miceli, ale wzrost taki z powodów czysto fizycznych zachodzi w taki sposób, że powierzchnia rośnie szybciej niż objętość (wewnątrz nie panuje ciśnienie większe niż na zewnątrz z powodu częściowej przepuszczalności błony. To powoduje, że wzrastające micele rosną wpierw w rodzaj rurek (podobnie dziś namnażają się niektóre bakterie, choć mechanika jest tu już inna) a potem te rurki oddzielają się powodując "rozmnażanie się" miceli tłuszczowych. Do podziału wymagane są niewielkie dawki energii mechanicznej - fale, prądy wodne czy uderzenia o przeszkody stałe.
Ważne - podczas podziału pęcherzyków ich zawartość (cząstki większe od "siatki" błony) nie ulega rozproszeniu - wnętrze już na zawsze jest odseparowane.

F. Przepuszczalność błony - Błona taka jest przepuszczalna dla małych cząsteczek, natomiast stanowi barierę dla cząsteczek większych. Co powoduje, że jeśli do pęcherzyka wejdzie kilka aminokwasów i przez chwilę będą ściśnięte ze sobą, to utworzą element większy, który już nigdy nie opuści wnętrza miceli (patrz punkt E).

G. Polimeryzacja i samoreplikacja - Współczesna nić DNA to długi polimer zasad azotowych połączonych wiązaniami kowalentnymi połączony "szczeblami" z pasującym drugim polimerem. Owe "szczeble" to wiązania wodorowe, które są słabsze od kowalentnych.
Zdolność do samodzielnego replikowania się polimerów tego typu (pojedynczych, czyli RNA) została ostatecznie udowodniona w 2009r. i już o tym pisałem z podaniem źródeł.

H. Jednostronność błony fosfolipidowej - Błona miceli jest przepuszczalna dla małych cząstek, ale już dla polimerów nie. Trwałe uwięzienie polimerów powoduje lawinowy wzrost obecności "prakomórek" (to nazwa na wyrost) w pierwotnej zawiesinie. Takie pęcherzyki mają tendencję do pochłaniania kolejnego materiału i przyłączania go do swoich zasobów. Oczywiście z warunkiem punktu E.

I. Aktywność w cieple - W pobliżu tzw. kominów (wysoka temperatura, ruch prądów wodnych to podstawowe warunki) wzrasta przepuszczalność błony dla monomerów (więcej wpada do środka) oraz wzrasta "miękkość" polimerów, co powoduje, że łatwiej je wstępnie podzielić (tu uwaga - zwłaszcza jest to efekt aktywny w przypadku pojawienia się polimerów samoreplikujących). Po wyjściu (drogą ruchu konwekcyjnego) z obszaru gorącego (znowu sama fizyka) może nastąpić "dokładanie" polimerów oraz ich powielanie z wykorzystaniem pochwyconego materiału. Czysta chemia, żadnych cudów.

J. Konkurencja - Micele zawierające w sobie dużo polimerów mają większe ciśnienie osmotyczne, co powoduje, że przy spotkaniu bąbelków o niższym ciśnieniu następuje "przepompowanie" takiej ilości kwasów tłuszczowych (materiału błony), ile się da, czyli aż do wyrównania ciśnienia osmotycznego pomiędzy sąsiadami.
Jeśli sąsiad nie zawierał nic w środku, był przejmowany w całości, jeśli zawierał cokolwiek, malał tylko do wyrównania ciśnienia osmotycznego. Mamy efekt współzawodnictwa (początki ewolucji) a jeszcze nie ma komórki, na razie czysta fizyka.
Micele zawierające polimery będą się szybciej rozrastać eliminując na wstępie pęcherzyki puste a potem marginalizując te, które mają mniej sprawne własne polimery. To powoduje, że populację lokalną zdominują te polimery, które najszybciej się powielają i najłatwiej powiększają. Mamy już początki doboru a jeszcze nawet niektóre polimery nic nie kodują (na początku żaden nic nie koduje).

K. Kodowanie - To które polimery uzyskają przewagę? Dziwne, ale na wstępie te, które są różnorodniejsze (ta zależność wystarczy do uzyskania wstępnej dużej przewagi). Dlaczego? Bo gromady jednakowych monomerów są zbyt stabilne i trudność ich rozdzielenia powoduje, że ich pęcherzyki nie rosną, co w konsekwencji prędzej czy później doprowadzi do "zjedzenia" przez większego sąsiada. Dodatkowo polimer monotonny nie posiądzie zdolności do samoreplikacji - jego oddziaływanie chemiczne z otaczającymi go innymi polimerami jest zbyt monotonne (mało skomplikowane) a to właśnie owa chemiczna komplikacja zależności jest motorem samoreplikacji (mamy początek kodowania a to nadal nie "życie" tylko zwykła chemia).
Przypomnę, że polimery RNA mające zdolność samorelikacji tworzą się same, nikt ich nie musi układać, wystarczy dać im warunki i poczekać. W omawianych warunkach było tego czasu przynajmniej 300 mln lat i cała planeta jako laboratorium.

L. Start życia - Co mamy do tej pory?
1. Bąbelki same rosną (fizyka).
2. Wchłaniają monomery (fizyka).
3. Łączą monomery w sobie i nie pozwalają na wypuszczenie polimerów (chemia i fizyka).
4. Polimery w odpowiednich (często występujących) warunkach dzielą się i powielają (chemia).
5. Bąbelki konkurują między sobą wielkością (fizyka).
6. Bąbelki konkurują ze sobą zawartością (chemia i fizyka).
To, co powstaje w drodze takich zjawisk nazbyt przypomina dzisiejszą komórkę prokariotyczną. Oczywiście do niej jeszcze trochę drogi, ale podstawa już jest:
1. Błona komórkowa odgradzająca od zewnętrznego środowiska (patrz punkt F).
2. Materiał polimerowy potrafiący się skopiować i przy odpowiednich warunkach "wydać na świat" nową komórkę (patrz punkt E).
3. Cała zawartość komórki jest "dziedziczona" - nic nie jest tracone i nie trzeba "zbierać" wszystkiego od początku. Podstawa to dziedziczenie efektywności niesionego polimeru.

M. Informacja - Jak widać, mamy już funkcjonujące komórki potrafiące konkurować między sobą, ewoluować (przecież polimery podczas kopiowania nie są "nieomylne"), rozmnażać się a jeszcze nie ma w tych polimerach jakiejś specjalnie funkcjonalnej informacji. Informacja taka "urobi się" w trakcie wedle zasady: im lepiej funkcjonujesz (szybciej przyswajasz materiał luźny czy pochodzący od sąsiadów) tym więcej cię będzie. To wystarczy. A wielkość "laboratorium" (przypomnę - cała planeta) gwarantuje taki natłok nisz ekologicznych, że o nudę i zawładnięcie całości przez jeden wariant nie ma się co martwić.

O. Enzymy - Struktura nici RNA ma prócz cech przenoszenia informacji (kodu chemicznego) również cechy enzymatyczne. Nic nie stoi na przeszkodzie, aby fragmenty polimerów w niektórych micelach (jeszcze nie komórkach żywych) zaczęły pełnić nie rolę gromadzenia materiału białkowego, ale rolę przyspieszacza jego układania/rekombinowania. I mamy pierwsze maszynerie enzymatyczne - zaczyna się życie na poziomie podobnym do naszego (nadal prokarioty).


Czy to opis kompletny? Oczywiście nie.
Czy nauka ma na tym polu jeszcze coś do powiedzenia? Oczywiście i to wiele i cały czas coś nowego jest ogłaszane, tak więc opis ten z roku na rok staje się coraz precyzyjniejszy. Ale na pewno nie coraz bardziej niepewny, jak opowiadają kreacjoniści.


P.S. Osoby zorientowane proszę o konstruktywne komentarze. Osoby niezorientowane proszę o powstrzymanie się od komentarzy w stylu "to nieprawda, bo mi się nie podoba".