Původ života: problém polymerizace

Autor: Jonathan Sarfati

V originále: Origin of life: the polymerization problem, prosinec 1998, aktualizováno v květnu 2014

„Aktivace aminokyselin a vznik peptidů za prvotních podmínek je jednou z velkých záhad vzniku života.“

To odpovídá skutečnosti. Reakce, při níž vzniká peptidová vazba mezi dvěma aminokyselinami za vzniku dipeptidu, je:

Aminokyselina 1 + aminokyselina 2 → dipeptid + voda

H₂NCHRCOOH + H₂NCHR′COOH → H₂NCHRCONHCHR′COOH + H₂O (1)

Změna Gibbsovy (tzv. „volné“) energie (ΔG₁) je přibližně 20-33 kJ/mol v závislosti na aminokyselinách. Rovnovážná konstanta (K) pro jakoukoli reakci je rovnovážný poměr koncentrace produktů a reaktantů. Vztah mezi těmito veličinami při libovolné kelvinovské teplotě (T) je dán standardní rovnicí:

K = exp (^-ΔG/_RT)

kde R je univerzální plynová konstanta (= Avogadrovo číslo × Boltzmannova konstanta k) = 8,314 J/(K.mol)

Pro reakci (1),

K₁ = ^{[H₂NCHRCONHCHR′COOH][H₂O]}/_{[H₂NCHRCOOH][H₂NCHR′COOH]}

= 0,007 při 298 K

kde sloučenina v hranatých závorkách symbolizuje rovnovážnou koncentraci této sloučeniny.

To znamená, že pokud bychom začali s koncentrovaným roztokem 1 M (mol/l) každé aminokyseliny, byla by rovnovážná koncentrace dipeptidů pouze 0,007 M. Protože tripeptidy mají dvě peptidové vazby, byla by rovnovážná koncentrace tripeptidů 0,007² M nebo 5 × 10⁻⁵ M. Pro nespecifický polypeptid se 100 peptidovými vazbami (101 aminokyselin) by rovnovážná koncentrace byla 3,2 × 10⁻²¹⁶ M. Poznámka: evolucionisté mají ještě horší problém, protože život vyžaduje nejen jakékoliv, ale vysoce specifikované polymery.

Vzhledem k tomu, že rovnovážná koncentrace polymerů je tak nízká, mají termodynamickou tendenci se ve vodě rozkládat, nikoliv vytvářet. Dlouhé věky, které předpokládají evolucionisté, problém jen zhoršují, protože voda má více času na projevení svých destruktivních účinků. Vysoké teploty, které mnozí vědci prosazují, by rozpad spíše urychlily. Slavný průkopník evolučních experimentů s počátkem života Stanley Miller poukazuje na to, že polymery jsou „příliš nestabilní na to, aby mohly existovat v horkém prebiotickém prostředí“.^2,3 Nedávný článek v časopise New Scientist rovněž popsal nestabilitu polymerů ve vodě jako „bolehlav“ pro výzkumníky, kteří pracují na evolučních představách o vzniku života.⁴ Jeho autor zároveň projevil svou materialistickou předpojatost, když uvedl, že to není „dobrá zpráva“. Skutečnou špatnou zprávou je však víra v evoluci, která triumfuje nad objektivní vědou.

Některé evoluční scénáře

Výše uvedená analýza neznamená, že není možné vytvořit polypeptidy. Podívejme se na výraz pro rovnovážnou konstantu K: pokud se [H₂O] sníží, pak se [polypeptid] musí zvýšit. Jednou z možností je vytěsnit vodu teplem, jak navrhl Sydney Fox.⁵ Jeho experimenty však vyžadovaly velký přebytek trifunkčních aminokyselin (tj. mohou se spojovat se třemi dalšími molekulami), které se však při typických simulačních experimentech vytvářejí velmi zřídka.⁶ Teplo také ničí některé životně důležité aminokyseliny a výsledkem jsou vysoce nahodilé polymery. Dalším problémem je, že všechny chirální aminokyseliny jsou racemizované, tj. vzniká směs levotočivých a pravotočivých molekul v poměru 50/50, což je pro život nevhodné.⁷ Velký přebytek trifunkčních aminokyselin má za následek rozsáhlé větvení, na rozdíl od biologických polymerů. Požadované podmínky zahřívání a ochlazování jsou geologicky nereálné – na Zemi není známo žádné místo, kde by se mohly nashromáždit aminokyseliny, takže by vznikly polypeptidy. Foxovy experimenty vyžadovaly velmi koncentrované a čisté aminokyseliny, zatímco hypotetická prapolévka by byla nečistá a silně kontaminovaná jinými organickými chemikáliemi, které by je zničily.⁸

Dalším způsobem odstranění vody jsou některé vysokoenergetické chemické látky, které pohlcují vodu, tzv. kondenzační činidla. Pokud reakce mezi kondenzátorem C a vodou probíhá:

C + H₂O → D (2)

a pokud je ΔG₂ reakce (2) záporné a dostatečně velké, může se spojit s reakcí (1):

H₂NCHRCOOH + H₂NCHR′COOH + C → H₂NCHRCONHCHR′COOH + D (3)

ΔG₃ = ΔG₁ + ΔG₂. Pokud je ΔG₃ velké a záporné, bude rovnovážná konstanta reakce 3, K₃, velká, což by mohlo vést k produkci přiměřeného množství polymerů.

Někteří badatelé používali kondenzační činidlo dikyanamid (N=CNHC=N) k výrobě některých peptidů z glycinu a dokonce tvrdili, že „syntéza polypeptidů zprostředkovaná dikyanamidem mohla být klíčovým procesem, kterým v primitivní hydrosféře vznikaly polypeptidy“.⁹

Největším problémem však je, že kondenzační činidla snadno reagují s veškerou dostupnou vodou. Proto je chemicky nemožné, aby se v prvotní polévce nahromadilo vysoké množství kondenzujících látek, zejména pokud by voda s nimi reagovala miliony let. Přesto byl ve výše uvedeném experimentu použit 30násobný přebytek dikyanamidu. I za těchto nerealistických podmínek zůstalo 95 % glycinu nezreagováno a nejvyšší vytvořený polymer byl tetrapeptid.¹⁰

Organičtí chemici jistě mohou vyrábět polypeptidy pomocí inteligentního plánování složité vícestupňové syntézy, která má zabránit vzniku chybných reakcí.¹¹ Také živé buňky používají k výrobě polypeptidů vytříbený proces. K aktivaci aminokyselin (a nukleotidů) sloučením s vysokoenergetickou sloučeninou ATP (adenosintrifosfát) se používají enzymy, které překonávají energetickou bariéru. Takovéto vysokoenergetické sloučeniny se v prebiotických simulačních experimentech netvoří a jsou velmi nestabilní.

Ukončení řetězce

Pro vytvoření řetězce je nutná reakce bifunkčních monomerů, tj. molekul se dvěma funkčními skupinami, takže se spojí se dvěma dalšími. Pokud na konci řetězce reaguje monomer s jednou funkční skupinou, nemůže řetězec na tomto konci dále růst.¹² Pokud by byl přítomen byť jen malý zlomek monofunkčních molekul, nemohly by vznikat dlouhé polymery. Všechny experimenty „prebiotické simulace“ však produkují nejméně třikrát více monofunkčních molekul než molekul bifunkčních.¹³ Kyselina mravenčí (HCOOH) je zdaleka nejčastějším organickým produktem simulací Millerova typu. Nebýt evoluční předpojatosti, v abstraktech experimentálních zpráv by se pravděpodobně neuvádělo nic jiného než: „Je zde popsána neefektivní metoda výroby kyseliny mravenčí…“ Kyselina mravenčí nemá valný biologický význam, kromě toho, že je hlavní složkou žihadel mravenců (latinsky formica).

Realistický experiment simulace prebiotické polymerace by měl začínat organickými sloučeninami vzniklými při experimentech Millerova typu, ale ty uváděné vždy vyřazují monofunkční kontaminanty.

[Aktualizace, 2014: Dr. Dudley Eirich poznamenává:

Pracuji v biotechnologii a vyrábím bifunkční monomer pro polymerní průmysl. Mohu potvrdit, že konečný přečištěný materiál určený k prodeji musí být v podstatě bez monofunkčního monomeru. Konečný produkt musí být obecně čistší než 99,5 % a pro některé aplikace čistší než 99,9 %. K dosažení těchto úrovní čistoty musíme použít mnoho vědeckých poznatků a drahé vybavení. Reálné „přirozené“ polymerační reakce by nikdy nemohly vést ke vzniku dlouhých polymerních řetězců, protože by v jejich okolí vždy byly příliš vysoké koncentrace monofunkčních monomerních složek, které by ukončily rostoucí řetězce.]

Wächtershäuserova teorie

Günter Wächtershäuser je německý patentový právník s doktorátem z organické chemie. Je velmi kritický k obvyklým představám o vzniku života z prvotní polévky. Jak ukazuje citát na začátku tohoto článku, uznává, že polymerace je velký problém. Nechce se však vzdát své evoluční víry a navrhuje, že život vznikl cyklickou chemickou reakcí na povrchu pyritu (FeS₂). Energie pro tento cyklus údajně pochází z pokračující tvorby pyritu ze železa a síry. Připouští však, že tento návrh je z velké části „čirou spekulací“.¹⁴ Jeho kolega Gerald Joyce, který se rovněž zabývá počátky života, tvrdí, že Wächtershäuserova teorie vděčí za své přijetí spíše jeho právnickým schopnostem než svým přednostem.¹⁵ Stanley Miller ji nazývá „papírovou chemií“.¹⁶

Ve svém posledním široce publikovaném experimentu Huber a Wächtershäuser aktivovali aminokyseliny oxidem uhelnatým (CO) a nechali je reagovat ve vodné suspenzi s vysráženým (Ni,Fe)S pomocí sirovodíku (H₂S) nebo methanthiolu (CH₃SH) při 100 °C a pH 7-10.

Měli bychom také poznamenat, že Huber a Wächtershäuser vytvořili velmi příznivé počáteční podmínky pro chemickou evoluci. Ačkoli „vědci zatím neprokázali, že tento recept může produkovat aminokyseliny“,¹⁷ použili silný roztok (0,05 M) levotočivých aminokyselin (nebo achirálního glycinu) bez dalších organických látek. Jakákoli „prapůvodní polévka“ by samozřejmě byla zředěná, nečistá a racemická. Obsahovala by mnoho nefunkčních molekul a dalších organických sloučenin, které by způsobily destrukci aminokyselin. Stanley Miller rovněž upozorňuje, že Huber a Wächtershäuser použili mnohem vyšší koncentrace CO, než jaké se vyskytují v přírodě.¹⁸

I za těchto příznivých podmínek (díky inteligentnímu designu!) vytvořili jen malé procento dipeptidů (0,4-12,4 %) a ještě menší množství tripeptidů (0,003 %) – na základě výpočtu z uváděných množství. Huber a Wächtershäuser rovněž uvedli, že „za stejných podmínek dipeptidy rychle hydrolyzují“!

Výlučná „levotočivost“ potřebná pro život¹⁹ byla v tomto procesu zničena. Vysvětlují to tím, že některé peptidy buněčné stěny mají pravotočivé aminokyseliny. To však postrádá smysl – enzymy, které rozkládají buněčné stěny, jsou určeny výhradně pro levotočivé aminokyseliny, takže občasný výskyt pravotočivé aminokyseliny je dokonalou obranou v levotočivém světě.

Největší ironií je, že v jednom z jejich předchozích experimentů se za podobných podmínek s CH₃SH a suspenzí (Ni,Fe)S přeměnil CO na kyselinu octovou (CH₃COOH).²⁰ Protože kyselina octová je unifunkční, bránilo by to vzniku dlouhých polymerů za podmínek, které navrhují Huber a Wächtershäuser!

Stvořili vědci život, nebo média humbuk?

O tomto experimentu informovaly noviny po celém světě. V některých případech nadšení neznalo mezí: „Němečtí chemici vyrobili živé buňky z kombinace aminokyselin…“²¹

Kdyby to byla pravda, bylo by to pozoruhodné. I ten nejjednodušší dekódovaný volně žijící organismus, Mycoplasma genitalium, má 482 genů, které kódují všechny potřebné bílkoviny včetně enzymů. Tyto bílkoviny se skládají v průměru z přibližně 400 aminokyselin v přesných sekvencích a všechny jsou v „levotočivé“ formě.²² Tyto geny jsou samozřejmě funkční pouze s již existujícím translačním a replikačním aparátem, buněčnou membránou atd. Mykoplazma však může přežít pouze díky parazitování na složitějších organismech, které jí poskytují mnoho živin, jež si sama nedokáže vyrobit. Evolucionisté tedy musí postulovat ještě složitější první živý organismus s ještě větším počtem genů.

Jak jsme však viděli výše, Huber a Wächtershäuser vytvořili pouze několik dipeptidů a ještě méně tripeptidů. Nejsou sice autory výše citovaného lživého tvrzení, avšak jejich evoluční víra znamená, že svému experimentu přikládají mnohem větší význam, než si zaslouží.

Následující den tytéž noviny napsaly: „Evoluční biolog Ken McNamara z WA Museum říká, že pokud lze život vytvořit uměle, mohl by za správných podmínek vzniknout i přirozeně.“²³ Jak absurdní – znamená to snad, že když umíme uměle vytvořit auta (s velkým přispěním inteligence), dokazuje to, že mohou vzniknout přirozeně (bez inteligence!)?

Předpojatost takových prohlášení by nás však neměla překvapovat. Stačí porovnat humbuk kolem „života na Marsu“ s téměř důsledným mlčením o tom, že toto tvrzení bylo důkladně zdiskreditováno, a to i podle většiny sekulárních vědců.^24,25,Holmes, R., 1996. Death knell for Martian life (Umíráček pro život na Marsu). New Scientist 152 (2061/2):4.^,26

Cynické pohrdání médií pravdou dobře ilustruje sympózium pořádané pod záštitou Smithsonian Institution. Ben Bradlee, redaktor deníku The Washington Post, zde prohlásil:

„Strčte si zprávy za klobouk! Zprávy mě už nezajímají. Zajímají mě příčiny. Pravdu netiskneme. Nepředstíráme, že tiskneme pravdu. Tiskneme to, co nám lidé řeknou. Je na veřejnosti, aby rozhodla, co je pravda.“²⁷

Podrobné srovnání politických a sociálních názorů producentů, redaktorů, scénáristů a zaměstnanců televizního průmyslu²⁸ ukazuje, že jsou zaujatí proti křesťanské morálce. Dvě třetiny z nich se domnívají, že struktura americké společnosti je chybná a musí se změnit. Podle 97 % by ženy měly mít právo rozhodnout se, zda chtějí jít na potrat, 80 % si myslí, že na homosexuálních vztazích není nic špatného, a 51 % nevidí nic špatného na cizoložství. Otevřeně přiznávají, že do pořadů, které vytvářejí pro své publikum, vkládají své vlastní názory. Ochota médií podporovat evoluční humbuk je v souladu s jejich protikřesťanským postojem.

Závěr

Navzdory přehnaně optimistickým vědeckým zprávám a velmi neobjektivním a zkresleným zprávám v médiích se vědci ani nepřiblížili k „vytvoření života ve zkumavce“. I kdyby se jim to podařilo, bude to výsledek inteligentního designu. Běžná neusměrněná chemie se pohybuje špatným směrem – například, jak je ukázáno v tomto článku, biologické polymery mají tendenci se rozpadat, nikoliv tvořit.