Problemen som strör salt i såren på kemisk evolution

Anledningen till att det svider så hemskt när man får salt i såren är att saltet direkt aktiverar smärtnerverna så att smärtan blir intensivare. Samtidigt blir kroppens celler uttorkade och dör. De är väldigt känsliga för salthalten i blodet, som noggrant regleras av njurarna. Det får varken bli för mycket eller för lite salt i blodet, för då dör cellerna.

Salt utgör ett stort problem för kemisk evolution, som syftar till att förklara hur de första cellerna skulle kunna bildas genom naturliga processer. Kemisk evoution – som alltså föregår biologisk evolution á la Darwin – lider redan av en lång rad problem, och salt i såren medför knappast någon lindrande effekt.

Det faktum att det vårt blod är salt har ofta använts som argument för att livet började i havet. Ett annat argument är att 98 % av vattnet på Jorden är saltvatten, och den andelen antas ha varit ännu större på den tid då man antar att livet uppstod.

Nej tack till salt

David Deamer – författare till boken First Life: Discovering the Connections between Stars, Cells, and How Life Began – köper dock inte att livet skulle ha börjat i saltvatten. Varför inte? Jo, för att salthaltigt havsvatten skulle ha varit för reaktivt för att kunna fungera som spad i ursoppan. Därför har Deamer istället sökt svaren i små varma pölar vid nutida vulkaner i Kamchatka, Hawaii och Californien. I sin bok berättar han om sina resor till sådana pölar där han utfört en del undersökningar och experiment. (Han och hans kollegor försökte bland annat lägga ner en del fettmolekyler i pölarna för att se om de skulle bilda membran i den miljön. Det gick inte.)

Salt är så mycket mer än bara vanligt koksalt (NaCl). En kemist som talar om ”salt” kan syfta på en lång råd olika jonföringar där metaller har kombinerats med icke-metaller. Problemet med havsvatten, är enligt Deamer, inte bara att det innehåller koksalt utan att det även innehåller en massa andra salter, med joner som reagerar på ett sätt som försvårar att andra molekyler att bildas. Till exempel innehåller havsvattnet kalciumjoner som gärna reagerar med fosfater. Det gör att dessa molekyler blockeras så att de inte kan ingå i viktiga biologiska funktioner. (Fosfat är t ex P:et i ATP – cellernas energivaluta. Fosfat är också en del av ”ryggraden” i DNA och RNA).

Något som särskilt bekymrar Deamer är effekten dessa joner har på enkla fettsyror. Många forskare tänker sig nämligen att fettsyror formade sig till bubblor som fungerade som cellmembran för de allra första cellerna. Dessa bubblor kan dock inte ha bildats i havsvatten eftersom vattnets tvåvärda metalljoner (med laddningen 2+, t ex kalcium- och magnesiumjoner) skulle ha reagerat med fettsyrorna. Alla som bor i hem som har ”hårt vatten” i kranarna vet att det går åt mer tvättmedel och att tvålen inte löddrar lika bra. Det beror på att vattnet har en hög halt av kalcium- och magnesiumjoner och att dessa reagerar med fettsyrorna i tvålen (bildar något som kallas kalktvål). Deamer får medhåll av Jack Szostak från Harvard University:

”Havsvatten skulle definitivt bilda en fällning med fettsyrorna och förhindra att membran bildas. Så jag håller med Dave Deamer om att primitiva celler måste ha levt i en färskvattenmiljö.”

Så, då är saken klar? Livet uppstod i färskvatten. Nej, så enkelt är det inte. Samtidigt om dessa tvåvärda joner är väldigt mycket i vägen på många sätt så är de väldigt nödvändiga på många andra sätt.

Jo tack till salt

Deamers kritiker menar att saltet måste ha varit på plats från start. När vanligt koksalt (NaCl) löses i vatten delas det upp i joner – positivt laddade natriumjoner och negativt laddade kloridjoner. Alla levande celler lägger mycket möda på att flytta runt dessa och andra joner. De är nödvändiga för att bevara balansen inne i cellerna och de skapar elektrisk potential som används för att ge energi till många av cellernas funktioner.

”Den här sortens bioenergi är gemensam för alla livsformer”, säger Shiladitya DasSarma från den biotekniska institutionen vid University of Maryland. ”Jag kan inte tänka mig att joner skulle kunna spela en så viktig roll om de inte fanns där från början.”

Deamer (han som inte ville ha salt i vattnet) håller förvisso med om att livet behöver några joner för att komma igång, men att saltvattnet är på tok för salt. Han säger:

”Jag skulle verkligen inte påstå att livet började i destillerat vatten. Det är bara det att havsvatten är för mycket av det goda.”

Men DasSarma tror dock inte att en sådan miljö var möjlig, utan menar istället att havsvattnet som livet uppstod i var var dubbelt så salt som det är idag. Han påpekar dessutom att cellerna behöver magnesiumjoner för att hantera fosfaterna och att kalciumjoner spelar en avgörande roll i cellernas signalsystem. Harold Morowitz från George Mason University håller med om det och påpekar att en del av de joner som Deamer inte vill ha med är övergångsmetaller, och dessa har man räknat med i sina hypoteser om att ”ligander” tidigare skulle ha gjort proteinernas jobb.

Ligander är små organiska molekyler. När de kombineras med övergångsmetaller kan de sköta viktiga kemiska reaktioner. I våra celler sköts dessa reaktioner av proteiner, men forskarna känner att de är alldeles för stora och komplexa för att ha kunnat vara med från början. Därför vill man ha ligander till att sköta proteinernas jobb, och till det behövs alltså övergångsmetallerna. Men övergångsmetallerna är som sagt i vägen på andra sätt.

Ett svårtlagt pussel

Som vi ser har forskarna mycket svårt att få ihop pusslet om livets uppkomst. Vi ser att ur vissa aspekter behöver vattnet vara fritt från salt, medan det i andra avseenden behöver innehålla salt. Salterna är i vägen och nödvändiga på samma gång. Anledningen till att forskarna inte är överens i den här frågan är förstås för att de är specialiserade på olika saker. Den ene säger att det måste vara på ett visst sätt för att fungera, och den andre säger att det måste vara på ett visst – motsatt – sätt för att fungera.

Kan det vara så att det är något med hela idén som inte stämmer? Hur många och hur allvarliga problem kan en hypotes stöta på innan den är att betraktas som felaktig och omöjlig?

Källa: Inlägget är till stor del hämtat från artikeln A salt-free primordial soup? (Phys.org) av Michael Schirber.

Annons