Spojrzenie w obcość – czy życie w komosie będzie życiem komórkowym?

O obcym życiu możemy mówić tylko w oparciu o wiedzę dotyczącą życia ziemskiego. Oczywiście wiele rozwiązań ewolucyjnych, jakie obrała ziemska biologia, wynika z jej własnej historii oraz takich a nie innych jej początków. Nie wszystko jednak, co dzieje się w ziemskiej biologii, podyktowane jest biologiczną arbitralnością, bowiem część adekwatności życia wynika z głębszych zasad, stanowiących uniwersalne prawa fizyczne i chemiczne. Na tej podstawie możemy ocenić niektóre z uniwersalnych cech życia. Pomocna jest nam także logika, która ustanawia podstawy zachodzenia niektórych procesów oraz oczywiście dane, którymi dysponujemy na temat kosmosu, np. występujących w nim związków organicznych. Czy jedną z cech życia, którymi zdają się rządzić prawa fundamentalne, jest jego charakter komórkowy? Zatem – czy obce życie, tak jak to się dzieje na Ziemi, musi być komórkowe?

O tym, jakie cechy w ogóle charakteryzuje życie od tego, co życiem nie jest, pisałem w artykule temu poświęconym (tutaj). Nie będę zatem powtarzał zawartych tam treści, przypomnę jedynie, iż chodzi o dwie fundamentalne adekwatności. Jest to metabolizm oraz rozmnażanie się. Ten pierwszy wynika z faktu, iż życie musi pobierać i przetwarzać energię, drugi zaś jest jedynym fizycznym warunkiem tego, aby życie mogło trwać (z czym z kolei wiąże się ewoluowanie, czyli dostosowywanie do środowiska).

I już tutaj możemy zacząć problematykę, czy życie biologiczne zawsze będzie przybierać formę komórkową.

Problemy braku komórki

Życie jest złożoną organizacja chemiczną. O tym, dlaczego każde naturalnego pochodzenia życie w kosmosie może mieć tylko i wyłącznie chemiczną postać, pisałem w artykule linkowanym powyżej. Mnogość procesów, które zachodzą, aby organizm mógł żyć, narażona jest na reakcje chemiczne zachodzące z zewnątrz. U większego organizmu procesy chemiczne, które mu szkodzą, zwykle określamy jako zatrucie, jednak duże organizmy złożone są z wielkiej liczby komórek, w związku z czym organizm ma wypracowane metody naprawiania swojego stanu, a zatrucie jednej komórki nie wiąże się ze śmiercią organizmu. Co innego, gdy mówimy o organizmie jednokomórkowym. Organizm taki nie ma innych komórek, którymi może zastąpić swoje funkcje. jeżeli nastąpi śmierć komórki, nastąpi tym samym śmierć organizmu.

Błona komórkowa jest tym, co chroni organizm przed zagrożeniami, pełniąc funkcję pewnego selektora dla substancji, które mogą wejść do środka, jak również tych, które mogą wyjść. Ale nie tylko to jest funkcją błony. Błona zapewnia także integralność i homeostazę organizmu.

Zastanówmy się nad sytuacją, w której organizm nie jest komórkowy. Organizm, który powstaje w chemicznej zupie, znajduje się w środowisku, w którym toczy się prawdziwa chemiczna wojna. Organizm to zespół funkcji. Bez odpowiedniej integralności organizacja biologiczno-chemiczna miałaby problem z utrzymaniem swojej struktury w całości, ponieważ raz, iż sama mogłaby się rozpłynąć i utracić funkcjonalność, a dwa, iż wewnętrzne reakcje chemiczne w organizmie nie byłyby oddzielone od reakcji zewnętrznych względem niego. Nie jest to sytuacja, która całkowicie wyklucza istnienie organizmu niekomórkowego. Ale na pewno byłoby to bardzo trudne i mało prawdopodobne. O wiele większą szansę na zaistnienie i przetrwanie ma ta organizacja chemiczna, która byłaby integrowana i ochraniana przez przynajmniej częściowo zamkniętą strukturę, która skuteczniej nadawałaby organizmowi jego indywidualność. Bez komórkowej postaci mogłoby również być znacznie trudniejsze rozmnażanie, ponieważ obiekt potomny również nie byłby tak zintegrowany i chroniony, a to ułatwiałoby zachodzenie zewnętrznych uszkodzeń oraz zbyt dotkliwych błędów przy powielaniu.

Pamiętajmy, iż powstające na planecie życie nie rodzi się w spokojnym środowisku. Aby mógł zostać zainicjowany tak skomplikowany proces chemiczny, jak organizacja życiowa, musi to być bardzo bogate i reaktywne chemicznie środowisko. Tym samym byłoby to środowisko również tym bardziej wrogie, gdyby powstające w ten sposób organizmy nie miały być chronione przed tak toksycznym otoczeniem.

Istotnym czynnikiem pozwalającym organizmowi na funkcjonowanie jest homeostaza. Komórka jest systemem chemicznym, który może funkcjonować tylko w pewnym zakresie środowiskowym. Jednak zakres ten byłby znacznie mniejszy, gdyby zewnętrzne adekwatności natychmiast zmieniały adekwatności samego organizmu. Takie narażenie na zmienność byłoby bardzo niekorzystne dla procesów życiowych. Dlatego system ten tak naprawdę tworzy swoje własne środowisko, które staje się do pewnego stopnia odporne na to, co dzieje się na zewnątrz. Dzięki temu zmienność zewnętrzna, jeżeli nie jest zbyt duża, tylko nieznacznie wpływa na zmienność wewnątrz organizmu. Nazywa się to homeostazą, czyli zdolnością organizmu do utrzymywania względnie stałego środowiska wewnątrz siebie, np. temperatury, pomimo zmian zachodzących wokół niego. Dzięki temu obniżenie temperatury dookoła nie prowadzi do takiego samego obniżenia temperatury organizmu, ale organizm, dzięki zintensyfikowania przetwarzania materii, utrzymuje stałość warunków panujących w komórce. Taka homeostaza nie byłaby możliwa, gdyby funkcje życiowe nie były zamknięte w swoistym wnętrzu, jakie tworzy błona komórkowa.

Podstawa dla błon komórkowych tworzy się samoczynnie

Nie jest zupełnie wykluczone, iż życie w swojej najbardziej pierwotnej postaci może powstawać bez błony komórkowej, a tym samym początkowo nie być życiem komórkowym. Być może istnieją sytuacje, w których mimo trudności taka organizacja chemiczna utrzymałaby się w integralności oraz powstrzymałaby wpływ zewnętrza na jej funkcje życiowe. Taka ewentualna (i dość wątpliwa) możliwość dotyczy jednak tylko najprostszego życia.

Ale choćby jeżeli istnieje taka możliwość, pewna adekwatność chemiczna i tak dużo bardziej uprawdopodobnia komórkowy charakter wszelkiego życia. Otóż… błony komórkowe powstają stosunkowo łatwo. Struktury, które przypominają błony, powstają często samoczynnie jeszcze w chemii, która nie tworzy życia. Błony składają się z tłuszczów. Te dość łatwo obierają kuliste formy w wodzie ze względu na swoją hydrofobię. Niejedne badania wykazały, iż struktury przypominające prekursory komórek organizmu powstają spontanicznie i nie potrzeba do tego jakichś wyszukanych warunków ani w ogóle nie potrzeba do tego biologii. Ich natura jest również selektywna – łatwiej przepuszczają jedne związki, a niechętnie inne. Inaczej mówiąc – pierwociny tego, co w życiu ziemskim jest błoną komórki biologicznej, powstają same na długo przed zainicjowaniem życia. Znacznie bardziej wzmacnia to pogląd, iż każde życie będzie komórkowe. Ponieważ prawdopodobnie prekursory błony komórkowej organizmu istnieją jeszcze zanim powstanie ten organizm.

Tym samym jest możliwe, iż życie właśnie od tego zaczyna cały proces swojego powstawania. Że pra-błony komórkowe już na etapie prebiotycznym kumulują związki chemiczne w swoim wnętrzu, selektywnie przepuszczając substancje, a to inicjuje proces zwiększania funkcjonalnej organizacji. Fakt ten nie wskazuje, iż obce życie musi powstać również w taki sposób, ale uprawdopodobnia taki przebieg wydarzeń zważywszy na fakt, iż mówimy tu o warunkach dość uniwersalnych. Składniki, z których zbudowana jest błona komórkowa, są powszechne w kosmosie, podobnie jak woda. Na Ziemi sprawy z życiem potoczyły się w taki sposób nie ze względu na tutejszą osobliwość, tylko właśnie w wyniku obfitości tych związków, z których jest ono zbudowane, i samoistności niektórych procesów. jeżeli na jakiejś planecie występuje ciekła woda i trochę zupy chemicznej, niemal na pewno będą też występować tłuszcze, które będą tworzyć struktury, które powstające życie będzie mogło wykorzystać jako błony komórkowe.

Tak jak wszystko we Wszechświecie, również życie powstaje możliwie najprostszą drogą. Wynika to z fundamentalnej adekwatności fizycznej – kosztu energetycznego oraz prawdopodobieństwa. Rzeczy łatwiej powstające powstają częściej. Rzeczy trudniej powstające powstają rzadziej. A jeżeli w danym środowisku dostępne są te dwie opcje powstania, to musiałoby się wydarzyć coś bardzo niezwykłego, aby procesy fizyczne nie zainicjowały łatwiejszego rozwiązania, ale poszły drogą trudniejszą.

Życie ziemskie, według tego, co wiemy o jego początkach, nie było żadnym ewenementem jeżeli chodzi o drogę, w jakiej może powstać. „Wybrało” najprostsze i najbardziej oczywiste opcje. Węgiel jako najbardziej oczywisty do tego pierwiastek (i prawdopodobnie jedyny, na jakim może powstać), wodę jako najskuteczniejszy nośnik (woda być może nie jest absolutnie niezbędna do powstania życia, ale jest chemicznie do tego najdoskonalsza), aminokwasy, które są łatwo dostępnym w kosmosie materiałem, z których tworzą się białka, kwasy fosforowe i nukleozydy do budowy struktur przekazujących informację genetyczną. Te funkcje zostały zamknięte w innej strukturze, której budowa jest możliwa z powszechnie dostępnych składników – w błonach komórkowych. Dane astrobiologiczne wskazują, iż właśnie te związki są powszechne także w innych miejscach kosmosu i w związku z tym to one stanowią najbardziej oczywisty budulec ewentualnego obcego życia.

Życie złożone

Nie da się odpowiedzieć na pytanie, czy każde życie musi być komórkowe, czy mogą istnieć najprostsze organizmy nie mające takiej organizacji. jeżeli jednak istniałoby życie nie mające charakteru komórkowego, to nie utworzyłoby ono organizmów złożonych. Tę kwestię możemy uznać za wręcz pewną. Nie istnieje fizycznie racjonalna możliwość tworzenia integralności chemicznej organizmu przy dużym jego rozroście. Bardzo wątpliwe jest już powstanie w ogóle prostych organizmów bez komórek, natomiast problemy z tym związane multiplikowałyby się wraz z wielkością. Nie istniałby też za bardzo sposób adekwatnego wypełniania funkcji biologicznych przez taki organizm. Większa złożoność wymaga wytworzenia różnorodności funkcji. W przypadku braku komórek, tj. gdy cały organizm byłby jednym wielkim złożeniem chemicznym niepodzielonym na komórki, trudno byłoby wymyślić jakiś sensowny sposób odżywiania różnych jego części, tj. dostarczania im energii. Natomiast problemem, który zupełnie wykluczałby możliwość istnienie złożonych niekomórkowych organizmów, byłoby rozmnażanie.

Złożoność, która prowadzi do ewolucji większych organizmów, może powstać dlatego, iż wielokomórkowość daje swoiste „cegły” nie tylko dla dalszego rozrostu organizmu, ale i zapewnia modularność spełniania adekwatnych funkcji. Jest to swoiście doskonałe rozwiązanie, prawdopodobnie jedyne możliwe dla dużej ewolucji. Życie wielokomórkowe jest o tyle ciekawym wytworem, iż zawiera w sobie dwa poziomy. Pierwszym jest to, iż jest to życie przez cały czas oparte na podstawowych adekwatnościach pojedynczej komórki, czyli jej umiejętności bycia indywidualną organizacją potrafiącą przetwarzać energię, utrzymywać homeostazę, bronić się przed zagrożeniami, a przede wszystkim powielać. Tym samym organizm jest w stanie przez cały czas utrzymywać życiowe adekwatności. Drugim poziomem jest tworzenie ze zbioru tych indywidualnych bytów większej całości wraz z nowymi funkcjami, których istnienie jest możliwe tylko dlatego, iż komórki spełniają główne funkcje życiowe na poziomie pierwszym. Dzięki temu może dojść do powstania takich adekwatności, jak powstanie różnorodnych komórek w obrębie jednego organizmu i podzielenia w ten sposób ich ról. Dzięki temu większy organizm może uzyskać nowe możliwości, które nie występują u organizmów jednokomórkowych. Takimi adekwatnościami są organy, sieci przesyłowe dostarczające energię (np. krwiobieg), czy przesyłające informacje (układ nerwowy), nowe formy lokomocji, czy wreszcie taki układ emergentny, jakim jest myślenie.

Organizm, który miałby nie być komórkowy, wraz ze wzrostem swoich rozmiarów coraz bardziej narażałby się na destrukcję przez zewnętrzne związki chemiczne, reaktywność środowiska oraz wydarzenia makroskopowe, które by go zanieczyszczały i niszczyły. Nie miałby też możliwości w odpowiedni sposób podzielić swoich funkcji i dostarczyć całej swojej strukturze energii. Nie miałyby także jak powstać mechanizmy, które mogłyby dokonywać utworzenia potomnego osobnika, który odtworzyłby tę złożoną funkcjonalność w kolejnej jednostce.

Koncepcja złożonego życia niekomórkowego jest fizycznie nie do utrzymania. choćby jeżeli puszczając wodze fantazji rozwiązalibyśmy jeden z narzucających się problemów, nie da się rozwiązać konglomeratu problemów, jakie narzuca taka sytuacja, nie popadając w zupełną fantazję. Wreszcie warunki, które prowadzą do powstania życia, mając na uwadze skład chemiczny, łatwość powstawania prekursorów błon komórkowych i niezwykle skomplikowaną naturę początków życia, wręcz narzucają sytuację, w której życie będzie miało charakter komórkowy, ponieważ jest to najprostsza, najbezpieczniejsza, najbardziej logiczna droga, która w kwestii powstawania prekursorów błon inicjuje się wręcz sama.

Trudno powiedzieć, czy w kosmosie istnieje jakiekolwiek życie złożone, czyli w formie dużych skomplikowanych organizmów. jeżeli tak, będzie to życie komórkowe. Znacznie jednak prawdopodobniejsza jest sytuacja istnienia życia mikroorganicznego. W takim przypadku nie można podać jako pewności, iż musi to być forma komórkowa. Zarówno jednak trudności chemiczne, jakie musiałyby występować w przypadku braku błony komórkowej, jak i łatwość ich powstawania sugerują, iż prawdopodobnie przypadek niekomórkowego życia się nie wydarza lub istnieje tylko na najwcześniejszym etapie jego ewoluowania.

Zobacz inne artykuły z cyklu „Spojrzenie w obcość”: