Spis treści

Karta redakcyjna

Dedykacja

Rozdział 1. Co to jest życie?

Rozdział 2. Narodziny planety i pierwsze ślady życia

Rozdział 3. Historia zapisana pięcioma literami, czyli podróż do korzeni Drzewa Życia

Rozdział 4. Jak mogło powstać życie na Ziemi: cztery hipotezy

Rozdział 5. Kwestia tlenu: moc życia i pierwsza katastrofa

Rozdział 6. Magiczne molekuły

Rozdział 7. Ukryty świat wirusów

Rozdział 8. Życie nie z tej Ziemi

Rozdział 9. Życie z próbówki

Epilog. To jak w końcu powstało życie?

Podziękowania

Wybrana literatura

Przypisy

© Copyright by January Weiner, January Weiner 3.
& Copernicus Center Press, 2023

Konsultacja merytoryczna
Szymon Drobniak, Jacek M. Szymura

Redakcja i korekta
Dariusz Niezgoda

Ilustracje
Kazimierz Wiśniak

Projekt okładki i stron tytułowych
Szymon Drobniak

Skład
MELES-DESIGN

ISBN 978-83-7886-640-4

Wydanie I

Kraków 2023

Wydawca: Copernicus Center Press Sp. z o.o.
pl. Szczepański 8, 31-011 Kraków
tel. (+48) 12 448 14 12, 500 839 467
e-mail: redakcja@ccpress.pl
www.ccpress.pl

Konwersja: eLitera s.c.

Dla Wandy

Dla Magdy

.

Rozdział 1

Co to jest życie?

I wiem, że wiecznie

wśród istnień gromady,

Z okiem utkwionym w dalekim błękicie,

Stać będzie człowiek samotny i blady,

Pytając: Co to jest życie?

Maria Konopnicka

Nie wiadomo, co to jest życie i skąd się wzięło

Biologia jest najszybciej rozwijającą się gałęzią nauki – od półtora wieku przynosi coraz to nowsze odkrycia o fundamentalnym znaczeniu. Dzięki tym osiągnięciom poznawczym możliwy jest postęp w dziedzinach praktycznych: medycynie i rolnictwie. Biologia to nauka o życiu. Czyli o czym? Nie wiadomo! Co to jest życie? Skąd się wzięło? Paradoksalnie, mimo postępów biologii, wciąż nie ma jasnej i jednoznacznej definicji przedmiotu jej dociekań. Czy to znaczy, że biolodzy nie wiedzą, czym się zajmują? Ależ wiedzą doskonale: bakteriami, grzybami, pierwotniakami, ssakami, człowiekiem, lasem, łąką, badają struktury i funkcje, fizjologię, genetykę... I mnóstwem innych rzeczy, o których dobrze wiedzą, że dotyczą obiektów żywych. Na co dzień nie jest im potrzebna formalna definicja. Wystarczy potoczne rozumienie słów „żywy”, „życie”, „organizm”. Dla wielu biologów poszukiwanie formalnej definicji to strata czasu, problem czysto teoretyczny, zajęcie dla filozofów i metodologów nauki[1]. Ale jak się przekonamy, im więcej wiemy o życiu, tym częściej natrafiamy na problem, którego nie da się rozwiązać bez dobrej definicji jego obiektu.

Zawsze tak było, ale od początku frapowała tajemnica – dlaczego to, co żywe, tak bardzo różni się od nieżywego? Skąd się wzięło? Przez pierwsze tysiąclecia historii naszej cywilizacji można było szukać wyłącznie wyjaśnień metafizycznych i nie próbować wyjaśniać w sposób racjonalny. Dorobek ludzkości w tym zakresie jest fascynujący, jednak nie jest on przedmiotem tych rozważań. Równocześnie, od początku historii naszego gatunku, potrzebna była wiedza i zrozumienie funkcjonowania żywych obiektów – bo osobniki z gatunku Homo sapiens zawsze były uwikłane w skomplikowane interakcje z innymi żywymi organizmami (które były jego pokarmem, albo odwrotnie). Od starożytności gromadzono informacje o przejawach życia na Ziemi przyspieszenie nastąpiło w czasach nowożytnych, wraz z rozwojem „historii naturalnej”, szeroko pojętych nauk przyrodniczych, które obejmowały nie tylko biologię, ale także nauki o Ziemi oraz dziedziny praktyczne, dziś zaliczane do medycyny i nauk rolniczych. W okresie Oświecenia, od drugiej połowy XVIII wieku, zasługi położyli tu badacze tak sławni, jak Georges-Louis Leclerc, Comte de Buffon (1707–1788), Karol Linneusz (1707–1778), James Hutton (1726–1797), Jean-Baptiste de Lamarck (1744–1829), Georges Cuvier (1769–1832) i wielu innych. Oświeceniowi badacze nie interpretowali dosłownie starotestamentowego opisu stworzenia świata i życia na Ziemi, lecz usiłowali pogodzić ówczesny stan wiedzy z tradycyjnymi poglądami. Jeszcze Buffon, będący ogromnym autorytetem w dziedzinie nauk przyrodniczych, zajmował tradycyjne stanowisko („wiemy z Objawienia, iż wszystkim zwierzętom udzielona jest łaska bezpośredniego stworzenia i że pierwsza para każdego gatunku wyszła zupełnie wykształcona z rąk Stwórcy”[2]). Na przełomie XVIII i XIX wieku uczeni naturaliści coraz więcej dowiadywali się o przejawach życia na Ziemi, o fizyce i chemii, ale nie mając jeszcze pojęcia o istnieniu najważniejszych związków organicznych (a zatem – o ich cechach i znaczeniu dla życia), o zasadach dziedziczności, tym bardziej o mechanizmach ewolucji (chociaż jej różne przejawy były już zauważone), bez względu na światopogląd, a także stosunek do religii oraz do wyjaśnienia zjawiska życia i jego pochodzenia, musieli uciekać się do abstrakcyjnych i w gruncie rzeczy mitologicznych pojęć, takich jak na przykład vis vitals (siła witalna).

Oświecenie

W epoce Oświecenia przykładano dużą wagę do wysokiego poziomu szkół i uniwersytetów, zadbała o to również polska Komisja Edukacji Narodowej, więc o tym, jak ówcześni naturaliści radzili sobie ze zdefiniowaniem zjawiska życia, możemy się dowiedzieć z publikacji naturalistów pracujących w Polsce (ramka 1.1).

Ramka 1.1. Życie i jego początki – w okresie Oświecenia

Krzysztof Kluk (1739–1796)

Wpatruiąc się w ciała skłádaiącé ziémię naszę, oráz ciała okrywaiącé iéy powierzchnią, osobliwie wchodząc w skład ich wewnętrzny; okaże się, iż dwoiakiégo tylko są gatunku, albo są złożone i spoioné z nieforemnych części, bez widocznych członków, i bez wewnętrznego składu organicznego: albo téż takié, któré nám okazuią pewny i stateczny skłád wewnętrzny (organisatio) maią widoczne członki, czułość nieiaką, i sposobność rodzéniá sobie podobnych. Pierwszé zowią się ciała nieorganiczné (corpora inorganisata), i takiemi są wszystkié ciała kopalne, iakoto kamiénié, sól, kruszce, i t.d. Drugie zowią się ciała organiczné (corpora organisata), iakiémi są rośliny, zwierzęta, owád, i t.d. Między ciałami organicznémi, iedén ieszcze podziáł uczynić trzeba: toiest, na ciała któré, prócz organicznéy budowy, rośniénia, mocy rodzénia sobie podobnych, maią coś ieszcze doskonalszégo, toiest czucié i wolność ruchu z wewnętrznéy pochodzącą mocy: dlátego téż zowia się ciała organiczné żyiącé (corpora organisata animata): takowe włásności posiádaią tylko zwiérzęta, owád i t.d. i tém się od roślin różnią, (które się w drugim zawiéraią podziele ciáł organicznych, iż lubo oné maią stateczny skłád wewnętrzny, lubo rosną i sobie podobné mnożą, lubo także ruszać się i czuć nieiako się zdaią; to się iednak dzieie nie z wewnętrznéy poruszaiącéy ié mocy, ale iedynie przez działanié rzeczy obcych oné dotykaiących. Dlá tego téż rośliny zowią się ciała organiczné bezduszné (corpora organisata inanimata).

Botanika dla szkół narodowych, Warszawa 1785

Stanisław Bonifacy Jundziłł (1761–1874)

Wszystkie istoty materialne wzięły od Mądrości twórczey władzę przyjmowania, lub wywierania wzajemnie na siebie pewnych działań, według niezmiennych danych sobie prawideł. W tym względzie cała materyalna massa świata w nayściślejszym iest z sobą związku. Niektóre z niey szczególne powstające ciała otrzymały moc wrodzoną, nie tylko materyą w nich będącą według stałych prawideł i proporcyi utrzymywać, same z siebie kształcić, i podobne sobie rodzić istoty; ale nadto obce materye wewnątrz siebie przyymować, i ku własnemu utrzymaniu się przysposabiać. W tym względzie ciała takowe żyiącemi, drugie zaś, mocy tey pozbawione, nieżywemi są nazwane.

Początki botaniki, cz. 1: Fizjologia roślin, Warszawa 1804

Te siły wnętrzne, mocą których ciała organiczne kształcą się, rosną, trwaią i mnożą się, życiem zowiemy.

Zoologia krótko zebrana, cz. 1: Zwierzęta ssące, Wilno 1807

Georg Forster (1754–1794)

Świat organiczny powstał na drodze samorództwa z materii nieorganicznej. [...] Można sobie wyobrazić w dziejach naszej planety taką chwilę, gdy materia i forma nagle, na całej powierzchni ziemi, wytężyły się i stworzyły miliony istot organicznych, zarówno w głębinach, jak i na szczytach gór. [...] Początek życia nie jest ograniczony ani do jednego miejsca, ani do określonego czasu, gdyż powstały liczne, niezależne od siebie pratwory.

Ein Blick in das Ganze der Natur. Einleitung zu Anfangsgründen der Thiergeschichte; Vorläufige Schilderung des Nordens von Amerika, 1791

Jędrzej Śniadecki (1768–1838)

Przez wzgląd na materyą, w skład wszystkich ożywionych jestestw wchodzącą, tudzież na ich położenie, należy jestestwa te uważać za ciała fizyczne; a ponieważ i ciała odżywiające także niewątpliwie do istot fizycznych należą: więc, życie w najogólniejszém znaczeniu, będzie wypadkiem pewnych stosunków fizycznych, jakie między materyą martwą a ożywioną zachodzą. Będzie pewnym exystowania materyi sposobem, i w niej tylko miejsce mieć może. [...]

Istotna między ciałami żyjącymi i nieżyjącymi różnica jest ta: iż te ostatnie znajdują się w doskonałym stanie spoczynku i dlatego, oddzielone od wpływu ciał innych pasmem wieków, swój właściwy i charakterystyczny stan zachowują. Drugie znajdują się w stanie ruchu, który za wyłączeniem ich od ciał innych, natychmiast ustaje na zawsze i nigdy rozpoczętym na nowo być nie może. [...]

Własność organizowania się nie jest materii wrodzona, materia jej sobie sama nadać nie może: więc skądże się ona w materii wzięła? [...] musiała kiedyś pierwiastkowo być wywarta na materię pewna władza, czyli siła, która ją najpierw w kształt organiczny ułożyła i tym sposobem rozpoczęła w niej życie. A takowa w materii odmiana czymże była względem wszystkich jestestw organicznych, jeśli nie ich stworzeniem? Więc wszystkie organiczne jestestwa musiały pierwiastkowo być stworzone. [...]

A jakakolwiek ta pierwsza przyczyna być może, ponieważ postać wszelka organiczna od niej najpierw zależy, zatem bez wszelkiego na jej naturę względu, silą organizującą lub organiczną nazywać ją na przyszłość będę. [...] Czym jest ta siła organiczna, czyli twórcza, tego umysł ludzki pojąć nie może: Nie może to żadnym sposobem być w mocy umysłu ludzkiego wyobrazić sobie należycie i pojąć, jakim sposobem pierwiastkowa siła, ta twórcza niekształtną i bezwładną materię w postać organiczną przelała; a zatem będzie to nad granice pojęcia naszego poznać, co jest siła organiczna i jakim sposobem organizuje materię.

Teoria jestestw organicznych, t. 1, Warszawa 1804

Jednym z  takich naturalistów był Krzysztof Kluk, proboszcz z Ciechanowca na Podlasiu, autor wielu szkolnych i popularnych podręczników szeroko pojętej historii naturalnej. Chociaż nie zagłębiał się w problematykę istoty i pochodzenia życia, w kilku miejscach próbował pokazać, czym różnią się żywe organizmy od martwej materii (ramka 1.1), w podręczniku zoologii (Zwierzętopismo) zdefiniował zwierzę jako „machinę przyrodzoną”: „Abyśmy o częściach Zwierząt, i ich w składzie organicznym użyteczności porządnie pomówili, i pamięci uczących się pomogli, wystawiemy sobie Zwierzę, iako Machinę w pięciorakim względzie, Popierwsze, iako MACHINĘ PRZYRODZONĄ (Machina naturalis) maiącą w sobie soki krążące. Powtóre iako ŻYIĄCĄ (Vitalis) co powietrzem oddycha. Potrzecie: iako ŻYWIĄCĄ SIĘ (Alimentaris) co pokarmem żywi się. Poczwarte: iako ZWIERZĘCĄ (Animalis) złożoną z różnych części ciała, do rozmaitego użycia od natury przeznaczonych; oraz i ducha z rozmaitą do działania zdolnością. Popiąte: iako RODZĄCĄ (Genialis) co ma sposobność wydawania sobie płodu”[3].

Następcą Kluka jako autora szkolnych podręczników był ksiądz Stanisław Bonifacy Jundziłł, który reprezentował już wyższy poziom akademicki – był gruntownie wykształconym przyrodnikiem, profesorem Uniwersytetu Wileńskiego. Jednak w swoich dziełach zaledwie kilka zdań poświęcił istocie życia (ramka 1.1.), przypisując „ciałom organicznym” tajemniczą „wrodzoną moc”, której nie mają „ciała nieżywe”.

Jednym z najwybitniejszych profesorów uniwersyteckich w Polsce okresu Oświecenia był Georg Forster, cieszący się zasłużoną sławą badacz historii naturalnej, członek brytyjskiego Royal Society, uczestnik wyprawy Cooka dookoła świata (gdzie dzięki talentom rysunkowym i malarskim zastępował ówcześnie aparat fotograficzny). Forster dostał od Komisji Edukacji Narodowej intratny kontrakt na stanowisko kierownika katedry historii naturalnej w Szkole Głównej Litewskiej w Wilnie, na dziewięć lat (wytrzymał tylko trzy lata, bo jak pisał w jednym z listów: „panowie polscy dookoła są krańcowo obojętni w stosunku do nauki, a szczególnie w stosunku do historii naturalnej”), po czym wrócił na Zachód. Forster, chociaż urodził się protestantem, jak wielu myślicieli w epoce Oświecenia, odszedł dość daleko od ortodoksyjnej doktryny chrześcijańskiej, w ciągu życia zmienił poglądy w kierunku panteizmu, a nawet ateizmu. Mimo to, próbując zdefiniować zjawisko życia, nie miał innego wyjścia, jak odwołać się do metafizycznej „siły witalnej” (vis vitalis), czemu dał wyraz w sentymentalnym eseju Spojrzenie na całość Przyrody[4], a pochodzenie życia przypisywał samorództwu z materii nieorganicznej (ramka 1.1).

Najbardziej znanym naturalistą tamtych czasów pracującym na tym samym uniwersytecie co Forster był Jędrzej Śniadecki (który Forstera nie cierpiał). Chociaż katolik, też już doskonale wiedział, że starotestamentowej wizji stworzenia świata nie można traktować dosłownie („nie spodziewam się, ażeby był kto tak mało rozsądny, iżby to, i jakikolwiek, inny wyniosek następującéj nauki, mógł do tego stosować, co nam religija o życiu duchownem objawia”). W swoim monumentalnym traktacie Teoria jestestw organicznych (t. 1, Warszawa 1804; t. 2, Wilno 1811) próbował zdefiniować zjawisko życia, jasno przyznając się do problemów nierozwiązywalnych przy ówczesnym stanie wiedzy. Musiał się odwoływać do specjalnych sił i deklarował, że istoty zjawiska życia ani jego początków wyjaśnić się nie da i że trzeba się z tym pogodzić (ramka 1.1.). Zdawał sobie sprawę z istnienia dziedziczności, ale nie mógł wiedzieć o ewolucji (zakładał, że gatunki są niezmienne). Śniadecki wyprzedził swoją epokę, dostrzegając znaczenie interakcji między organizmami w skali całej biosfery – można powiedzieć, że był prekursorem naukowej ekologii. Pisał: „Można całą ożywioną część świata naszego uznać za organiczną jedność, której rodzaje i gatunki są rozmaitymi członkami, ale tak nawzajem ze sobą związanymi, iż jedne są nieuchronnie potrzebne do bytowania drugim, iż sobie pomagają i usługują nawzajem, iż jedne przygotowują żywność drugim i życie swe w nie, że tak powiem, przelewają. Że zatem życie tych ostatnich istot jest kontynuacją i ulepszeniem życia pierwszego, że na koniec odżywna materia, krążąc i przechodząc następnie przez wszystkie te członki, przez takowe krążenie i ciągłą odmianę rodzi fenomen powszechnego życia” (Teoria jestestw organicznych, t. 1). Traktat Śniadeckiego był przetłumaczony na niemiecki i francuski, był doceniany przez uczonych w innych krajach, ale nie odegrał roli, na jaką zasługiwał. W Polsce w ogóle tego dzieła nie zauważono[2], [5].

Życie po Darwinie

W pierwszej połowie XIX wieku nastąpił bardzo intensywny rozwój nauk przyrodniczych, ale jeżeli chodzi o wyjaśnienie zagadki, czym jest życie, przez pół wieku po Forsterze i Śniadeckim sytuacja niewiele się poprawiła. Przełomem okazało się wyjaśnienie przez Darwina mechanizmu ewolucji w drodze doboru naturalnego (1859), które jednak w niewielkim stopniu przyczyniło się do ustalenia, czym właściwe jest życie, a tylko zaostrzyło pytanie o to, skąd się wzięło. Teoria ewolucji Darwina implikowała, iż współczesna różnorodność form życia pochodzi od wspólnego przodka. Skąd on się wziął? Nawet entuzjastyczny zwolennik jego teorii, Ernst Haeckel, narzekał (w roku 1861), że „nie rzuca [ona] światła na pochodzenie prymitywnego organizmu – prawdopodobnie prostej komórki – z którego wywodzą się wszystkie inne”. Darwin dość jasno formułował opinię, że na ten temat nie da się odpowiedzieć. „To zwykła bzdura, zastanawiać się teraz nad pochodzeniem życia; równie dobrze można by się zastanawiać nad pochodzeniem materii”, pisał do Josepha D. Hookera w 1863 roku.

Darwin skrupulatnie respektował metodologiczne zasady nauk przyrodniczych, więc wykluczał generowanie nietestowalnych hipotez w tekstach naukowych. Z drugiej strony był przekonany, że kiedyś sytuacja ulegnie zmianie i będzie można potwierdzić przypuszczenie, że życie rozwinęło się z materii nieożywionej. Snuł na ten temat domysły w korespondencji i nawiązał do tego w tekście polemicznym opublikowanym w roku 1863: „Musiał być czas, kiedy na naszej planecie były tylko substancje nieorganiczne; przyjmijmy jakiekolwiek założenia, takie jak cuchnąca atmosfera, naładowana kwasem węglowym, związkami azotowymi, fosforem etc. Czy jest fakt, lub cień faktu, potwierdzający przekonanie, że te substancje, w nieobecności związków organicznych, pod wpływem tylko tych sił, które znamy, mogły uformować żywe stworzenie? Obecnie jest to dla nas absolutnie nie do pomyślenia. [Mój adwersarz] słusznie szydzi z mojego użycia «terminów z Pięcioksięgu»: «...prawdopodobnie wszystkie istoty organiczne, które kiedykolwiek żyły na Ziemi, pochodzą od jednej pierwotnej formy, w którą życie po raz pierwszy tchnął Stwórca»[1*] – w pracy czysto naukowej nie powinienem był chyba używać takich sformułowań, ale one dobrze służą przyznaniu, że nasza ignorancja co do pochodzenia życia jest równie głęboka, jak o pochodzeniu siły lub materii”[2*] (Atheneum, 1863)[3*].Osiem lat później Darwin wrócił do tego tematu, w liście do J.D. Hookera, który jest jednym z najczęściej cytowanych dosłownie tekstów Darwina (wrócimy do tego w rozdziale 4 Jak mogło powstać życie na Ziemi); jego zamiarem nie było jednak stawianie hipotezy o powstaniu życia z materii nieorganicznej, tylko argumentacja przeciw sugestiom, jakoby współcześnie, w żywej biosferze, mogło dochodzić do powstawania żywych organizmów z nieożywionych substratów[6]. Brał on również pod uwagę, że życie mogło zostać przyniesione na Ziemię z meteorytami, o czym wspomnimy jeszcze w rozdziale 8 Życie nie z tej Ziemi.

Darwin skłaniał się ku poglądowi, że życie powstało z materii nieorganicznej. „Chociaż [...] nie zostały jeszcze potwierdzone żadne dowody, które byłyby cokolwiek warte, na rzecz powstania żywych istot z materii nieorganicznej, nie mogę uniknąć wiary w możliwość, że pewnego dnia zostanie to udowodnione [...]”[4*]. Ale nie był optymistą co do tego, kiedy się to wydarzy: „[...] Chciałbym dożyć, aby hipoteza archebiozy [powstania życia z materii nieorganicznej] okazała się prawdziwa, bo to byłoby odkrycie o transcendentnym znaczeniu; lub, jeśli jest fałszywa, chciałbym, aby została ona obalona i fakty wyjaśnione inaczej; ale nie dożyję tego wszystkiego”[5*]. Miał rację. W roku 1880 sławny biolog, Emil Du Bois-Reymond, wygłosił wykład przed Berlińską Akademią Nauk, wymieniając siedem tajemnic przyrody, które nigdy nie będą wyjaśnione, „nie wiemy i nigdy się nie dowiemy” (Ignoramus et ignorabimus), wśród nich – o pochodzeniu życia. Wypowiedź ta spowodowała namiętne dyskusje, wielu badaczy nie zgodziło się przyjąć do wiadomości czasu przyszłego liczby mnogiej czasownika ignorare, ale zagadka pochodzenia życia pozostawała poza zasięgiem badaczy przez następne półwiecze, mimo intensywnego rozwoju teorii ewolucji, chemii organicznej, paleogeologii i paleontologii. Dopiero 70 lat po opublikowani dzieła Darwina radziecki uczony A.I. Oparin i brytyjski biolog J.B.S. Haldane zaproponowali całkowicie abstrakcyjną, ale spójną, logiczną i zgodną z ówczesną wiedzą hipotezę, jak mogło dojść do powstania życia na Ziemi (zajmiemy się tym w rozdziale 4 Jak mogło powstać życie na Ziemi). Trzeba było dalszego ćwierćwiecza, żeby w drodze eksperymentów pokazać, że hipotezy te nie są całkowicie abstrakcyjne (co nie znaczy, że są prawdziwe). Od tej pory trwają próby generowania coraz nowych hipotez i poszukiwania ich potwierdzenia (zajmiemy się tym dokładnie w następnych rozdziałach). Ale ciągle nie wiadomo, czego szukamy. Trwa debata nad tym, co to właściwie jest życie.

Zamiast definicji: lista atrybutów żywych obiektów w biosferze Ziemi

Nie szukając formalnej definicji, według współczesnej wiedzy można wymienić następujące wspólne cechy wszystkich żywych organizmów:

1. Jedność strukturalna. Wszystkie żywe obiekty na naszej planecie składają się przede wszystkim z węgla, wodoru, tlenu, azotu, z dodatkiem fosforu, siarki, i doprawione są kilkunastoma innymi pierwiastkami w bardzo małych ilościach. W większości to pierwiastki najpospolitsze we Wszechświecie (niewielka część tej rozmaitości, jaką zawiera tablica Mendelejewa). W skład wszystkich żywych organizmów wchodzą jeszcze wapń, potas, sód, magnez, mangan, żelazo, miedź, cynk, molibden, chlor, a tylko niektóre grupy organizmów potrzebują jeszcze wanadu, chromu, kobaltu, boru, strontu, selenu i jodu. Występują one w małych ilościach, często jako składniki białek – enzymów (biokatalizatorów). Pierwiastki te są niezbędne do prawidłowego funkcjonowania organizmów i aby życie mogło istnieć, muszą być dostępne w środowisku.

2. Większość tych pierwiastków wchodzi w skład związków chemicznych bardzo charakterystycznych dla żywych obiektów: białek, zbudowanych z aminokwasów, tłuszczowców (lipidów), cukrów (węglowodanów) i kwasów nukleinowych (jeszcze w XIX wieku sądzono, że te grupy związków w ogóle nie występują poza organizmami żywymi, dlatego nazwano je związkami organicznymi). Z bogactwa różnych możliwych aminokwasów tylko 20 wchodzi w skład białek. Niektóre związki organiczne mimo identycznego składu chemicznego mogą różnić się strukturą przestrzenną, tak jak dłoń lewa różni się od prawej, a lustrzane odbicie od oryginału. Poza organizmami żywymi odmiany te mogą występować w mieszaninach, z podobnym prawdopodobieństwem, ale u wszystkich organizmów żywych niektóre z tych związków są reprezentowane tylko przez jedną odmianę, na przykład aminokwasy tylko w wersji L („lewej”), a cukier ryboza, wchodzący w skład kwasów nukleinowych, tylko w wersji D („prawej”). Wszystkie związki chemiczne budujące żywe organizmy odznaczają się niskim stopniem utlenienia, co ma wpływ na koszt ich syntezy i zapobiega samoczynnemu rozkładowi (potrzebne są substraty dostarczające elektronów i energii).

3. Budowa komórkowa. Wszystkie żywe organizmy – od bakterii po rajskie ptaki, ale z wyjątkiem wirusów – składają się z jednej lub wielu komórek, otoczonych podwójną błoną lipidową, o podobnej (chociaż nieidentycznej) strukturze wewnętrznej (o czym będzie jeszcze mowa później).

4. Metabolizm. Wszystkie żywe organizmy przetwarzają substraty (nieorganiczne i organiczne), pobierając z zewnątrz energię (chemiczną albo promieniowanie słoneczne – ale nie ciepło, jak to robią maszyny parowe), rozpraszając ją w postaci ciepła; z punktu widzenia fizyki życie objawia się przepływem energii, a więc jest pracą wykonywaną w drodze reakcji utleniania i redukcji (redoks). Owocem tej pracy może być synteza nowych związków (wzrost, produkcja potomków), ruch, przetwarzanie sygnałów elektrycznych i wiele innych. Większość reakcji realizują szlaki metaboliczne, na które składają się wyspecjalizowane katalizatory białkowe (enzymy i rybozymy).

5. Rozmnażanie. Wszystkie żywe organizmy wytwarzają swoje kopie, w pierwszej kolejności powielają dokładnie oprogramowanie, przy pomocy którego takie kopie mogą być wykonane. Istotą rzeczy jest genetyczny mechanizm dziedziczenia, polegający na replikacji cząsteczek kwasów nukleinowych, w których zapisane są wszystkie potrzebne informacje. Organizmy jednokomórkowe (np. bakterie, archeony, pierwotniaki) rozmnażają się przez podział – syntetyzując całą dokładną kopię oryginału, natomiast większość innych organizmów replikuje materiał genetyczny, który dokonuje syntezy osobników potomnych przy częściowym udziale organizmu rodzicielskiego, lub w ogóle bez jego pomocy (np. owady składające jajeczka, rośliny rozsiewające nasiona). Skoro tak, to życie nie jest tylko atrybutem pojedynczego organizmu, lecz całego zbioru licznych osobników z wielu pokoleń.

6. Ewolucja drogą naturalnej selekcji. Kopiowanie oprogramowania (kwasów nukleinowych) nie jest idealne, kolejne kopie (genotypy) mogą się różnić, zrealizowane według takich programów potomstwo (fenotypy) różni się od rodziców, przez co może odnieść większy lub mniejszy sukces w dalszym przekazywaniu oprogramowania zapisanego w DNA. Ewoluują? Tego nie można powiedzieć o pojedynczych organizmach! Te przeżywają, albo nie, pozostawiają wystarczającą liczbę potomków, albo nie. Ewoluuje program, zawarty w sekwencji DNA, który się zmienia wskutek mutacji, rekombinacji i selekcji naturalnej. Najbardziej osobliwą cechą żywych obiektów jest to, że są przekaźnikami programu, który ewoluuje, skutkiem czego organizmy kolejnych pokoleń mogą się stopniowo zmieniać, ale czasem (przeważnie, prędzej czy później) dochodzą do kresu – wymierają. Albo też, w drodze selekcji, genetyczne programy się różnicują – powstają nowe gatunki i całe klady, które dalej ewoluują. Darwinowska ewolucja jest najbardziej charakterystyczną i unikatową cechą życia na Ziemi.

7. Życie jest zjawiskiem masowym, któremu podlegają miliardy osobników, pozostających w złożonych interakcjach, które tworzą globalny ekosystem – biosferę. Żaden pojedynczy organizm nie byłby w stanie utrzymać się przy życiu – każdy z nich uwikłany jest w złożone interakcje z wieloma innymi organizmami, bez których nie zrealizowałby żadnej z definiujących go funkcji życiowych. Jedną z najważniejszych cech życia jest zdolność do ewolucji drogą doboru naturalnego – ale przecież żaden pojedynczy organizm nie ewoluuje; ewolucja wynika z różnych szans przetrwania i wydania potomstwa, chodzi więc znowu o zjawisko dotyczące zbiorów obiektów, zmieniających się w czasie. W dodatku wszystkie organizmy naraz ewoluują, zmieniając tym samym warunki dla wszystkich innych organizmów, więc proces ewolucji konkretnego genotypu nie jest samobieżny, nie ma ewolucji poszczególnych gatunków, tylko wspólna koewolucja wszystkich.

Opisowa charakterystyka ziemskich przejawów życia, którą przytoczono wyżej, wymienia typowe cechy – skład chemiczny organizmów, rodzaj fizykochemicznych procesów, którymi się posługują, i tak dalej. Czasem pojawiają się problemy i wątpliwości: czy zasuszony niesporczak, który nie wykazuje metabolizmu, jest żywy? Czy pszczoły robotnice, które się nie rozmnażają, są martwe? A izotopowy sygnał sprzed miliardów lat – to ślad życia czy martwy minerał?

Ale czy życie istnieje tylko na Ziemi? A może jest też na innych planetach naszego układu? We Wszechświecie są miliardy takich układów, a w nich miliardy planet – wiele podobnych do Ziemi – czy tam też jest życie? Jeżeli w przestrzeni pozaziemskiej astrobiolodzy znajdą układy zbudowane z nieco innych składników i zachowujące się inaczej niż żywe obiekty na Ziemi, to na jakiej podstawie zaliczą je do obiektów żywych lub martwych?

A co ze złożonymi układami budowanymi przez człowieka? Cały czas trwają prace nad wyprodukowaniem „sztucznego życia” (artificial life) – na jakiej podstawie zadecydujemy, że ów sztuczny twór już jest żywy? Opisowa identyfikacja zjawiska życia napotyka na trudność, jaką jest istnienie wirusów: mają wiele cech tych samych, które wymieniamy, opisując życie, ale nie wszystkie, za to mają inne – niespotykane u większości żywych obiektów (będzie o tym mowa w rozdziale 7 Ukryty świat wirusów). Czy wirusy są żywe? Spór trwa.

Wirusolodzy, protobiolodzy, astrobiolodzy, eksperymentatorzy pracujący nad skonstruowaniem sztucznego życia na co dzień muszą stawiać pytanie: co jest żywe, a co nie? Jak w Kosmosie, w próbówce albo w komputerze odróżnić układ żywy od nieżywego? Długa lista atrybutów żywych układów nie pozwala odpowiedzieć na te pytania. Łatwiej byłoby użyć zwięzłej definicji formalnej, która jednoznacznie kwalifikowałaby dany obiekt do klasy obiektów ożywionych lub nie.

Zapraszamy do zakupu pełnej wersji książki

Przypisy

Rozdział 1

[1] Joanna Gęgotek, Czy paleontologii jest potrzebna definicja życia?, „Studia Philosophica Wratislaviensia” 12 (2017): 27–37.

[2] Zygmunt Fedorowicz, Ewolucjonizm na Uniwersytecie Wileńskim przed Darwinem (Wrocław: Zakład Narodowy im. Ossolińskich-Wydawnictwo Polskiej Akademii Nauk, 1960).

[3] Paweł Czenpiński, Krzysztof Kluk, Zoologia Czyli Zwierzętopismo, Dla Szkoł Narodowych [...] (w Drukarni Nadworney JK Mci. i P. Kom. EN, 1789).

[4] Georg Forster, Ein Blick in das Ganze der Natur (1781), w: „Georg Forster, Essays und Reden” (Berlin: Holzinger, 2013).

[5] Aniela Zubek, Jakub Barciszewski, Agnieszka Belter, Jan Barciszewski, „Teoria jestestw organicznych” Jędrzeja Śniadeckiego. Rewolucja w spojrzeniu na życie, „Nauka” 4 (2018): 165–175.

[6] Juli Peretó, Jeffrey L. Bada, Antonio Lazcano, Charles Darwin and the origin of life, „Origins of Life and Evolution of Biospheres” 39 (2009): 395–406.

[1*]   Karol Darwin, O powstawaniu gatunków..., przeł. Dickstein Szymon, Nusbaum Józef, Warszawa, Wydawnictwa Uniwersytetu Warszawskiego, 2009.

[2*]   List do Wallace’a, 28 sierpnia 1872 [Letter 8488].

[3*] www.darwinproject.ac.uk; Letter 4108.

[4*]  List do D. Mackintosha, 28 lutego 1882 [Letter 13711, Cambridge University Library, DAR.146:335].

[5*] List do Wallace’a, 28 sierpnia 1872 [Letter 8488].