Främmande liv kan finnas på jorden

Ingen vet hur, var eller när liv uppstod. Allt vi vet är att levande mikrober fanns på jorden redan för 3,5 miljarder år sedan. Men vi vet inget om vad som fanns här innan dess, så utrymmet för oenighet är stort.

För fyrtio år sedan trodde biologerna att livets uppkomst var en så osannolik kemisk lyckträff att det inte kunde ha hänt mer än en gång i världsalltets historia. ”Människan vet numera att hon är ensam i universums enorma känslolösa rymd, ur vilken hon uppstod bara av en slump”, skrev den Nobelprisbelönade franske biologen Jacques Monod år 1970.

Ett kvarts sekel senare förändrades bilden dramatiskt. ”Liv är ett kosmiskt imperativ”, skrev den belgiske biokemisten och Nobelpristagaren Christian de Duve och förklarade att liv ”nästan är dömt att uppstå” på en jordliknande planet. Astrobiologerna stärktes i sin uppfattning att universum är fullt av liv. Döpt till biologisk determinism uttrycks detta som att ”liv är inskrivet i naturens lagar”.

Helt andra byggstenar

Hur kan vi avgöra vilken teori som är riktig – liv som en osannolik kemisk lyckträff eller ett kosmiskt imperativ? Det mest direkta sättet att bekräfta det kosmiska imperativet är att söka efter bevis för liv på en ­annan planet, som Mars. Men det kommer tyvärr att ta lång tid innan vi har tillräckligt sofistikerade instrument för att hitta liv på Mars – och ännu längre tid tills vi kan utforska ett utomjordiskt biosystem i detalj.

Kanske finns det enklare sätt att testa den biologiska determinismen. Ingen planet är mer lik vår jord än jorden själv. Om liv lätt uppstår kan det ha uppstått många gånger här på vår egen planet. Därför söker astrobiologerna igenom öknar, sjöar och grottor i sin jakt efter främmande livsformer – organismer olika allt annat levande. Förmodligen är dessa organismer mikroskopiska. Därför skapar forskarna tester för att identifiera exotiska mikrober som kan leva mitt ibland oss. Dessa kan se ut som vanliga bakterier men ha annorlunda biokemi och bestå av säregna byggstenar.

Vad är då liv? Vetenskapen har inte enats om en strikt definition ännu. Men de flesta skulle hålla med om att livets främsta kännetecken är dels förmågan att föröka sig, dels förmågan till metabolism, eller ämnesomsättning – att ta näringsämnen från miljön, omvandla dem till energi och utsöndra avfallsprodukter.

En del hävdar att om livet på jorden uppstod mer än en gång, skulle en livsform snabbt eliminera alla de andra. En sådan förintelse kan mycket väl ha inträffat om en organism har lagt beslag på alla tillgängliga resurser eller lyckats byta ut gener från en svagare livsform mot sina egna mer framgångsrika gener.

Men det finns exempel på motsatsen. Bakterier och arkéer (tidigare kallade arkebakterier eller ärkebakterier) är två mycket olika typer av mikroorganismer, men de hade samma förfäder för över 3 miljarder år sedan. De har alltså samexisterat sedan urminnes tider utan att den ena har undanröjt den andra. Dessutom behövde de eventuella alternativa livsformerna förmodligen inte konkurrera med de kända organismerna. Antingen levde de i extrema miljöer där vanliga mikrober inte kan överleva eller så behöver livsformerna olika resurser.

Även om främmande mikrober inte finns här längre, kan de ha frodats för länge sedan innan de av någon anledning dog ut. I så fall bör vi kunna hitta spår efter dem. Om de till exempel hade en annorlunda ämnesomsättning kan de ha lämnat avtryck som inte kan förklaras med något som vi känner till. Sådana biomarkörer i form av molekyler som inte kan ha skapats av känt liv kanske kan finnas i gamla mikrofossil, liknande dem som har hittats i över 2,5 miljarder år gamla stenar från arkeikum, jordens äldsta geologiska period.

Kan leva ett skuggliv

En mer spännande, men också mer spekulativ tanke, är att de främmande livsformerna har överlevt och fortfarande finns kvar, som en sorts skuggbiosfär. Det kan verka helt orimligt: skulle någon forskare inte redan ha upptäckt dem ifall de fanns mitt framför näsan på oss, eller rentav inne i näsan?

Faktiskt inte. De allra flesta organismer är mikrober, och de är nästan omöjliga att identifiera i ett mikroskop. Så mikrobiologerna måste göra en genetisk analys för att fastställa mikroorganismens plats på livets träd – den fylogenetiska kartan över alla kända organismer. Hittills har bara en liten del av de mikrober vi känner till undersökts.

Alla organismer som har studerats i detalj härstammar med största sannolikhet från ett gemensamt ursprung. Fast forskarnas metoder är anpassade till det liv som vi känner igen. Så vi skulle säkert ha misslyckats om biokemin varit annorlunda. Om skuggvärlden är begränsad till mikrober är det alltså fullt möjligt att vi har missat den helt.

Överlever i reaktorbassäng

Var kan vi leta efter skuggliv på jorden i dag? Vissa forskare har fokuserat på att söka efter organismer som lever i isolerade ekologiska nischer, utom räckhåll för vanligt liv. En överraskande upptäckt på senare år är att vissa mikrober, extremofilerna, kan utstå mycket svåra förhållanden – från skållheta vulkaner till Antarktis torraste isvidder. Andra kan överleva i salta sjöar, metallförorenade gruvor och kärnreaktorbassänger.

Således skulle man kunna hitta främmande liv genom tecken på biologisk aktivitet – genom att upptäcka livets kännemärke, ett kol­kretslopp i en ekologiskt isolerad zon. Alternativt kan forskare pröva att variera egenskaper som temperatur och fuktighet i ett laboratorium tills alla kända former av liv har släckts. Om någon biologisk aktivitet då kvarstår, kan det tyda på att skuggliv pågår där.

På så sätt hittades den strålningsresistenta bakterien Deinococcus radiodurans, som kan motstå tusen gånger starkare gammastrålar än vad som är dödligt för människan. Det har dock visat sig att Deinococcus radiodurans och alla de andra numera kända radiofilerna har en genetisk koppling till redan bekanta livsformer.

Man skulle kunna tro att det är lättare att hitta alternativa livsformer om de inte lever isolerade utan snarare är integrerade i biosfären runt omkring oss. Men om skugglivet är begränsat till främmande mikrober som samsas med de mer välbekanta, skulle de bli svåra att hitta av en slump. De flesta ser likadana ut – de är sfäriska eller stavformade. Främlingarna kan dock utmärka sig med sin annorlunda biokemi. Så vi får leta efter tecken på det.

Det spegelvända livet

Vi kan exempelvis undersöka kiraliteten, det vill säga spegelsymmetrin. Stora biologiska molekyler är kirala, vilket innebär att de skiljer sig åt från sina spegelbilder – de är antingen vridna åt höger eller åt vänster. Hos de kända livsformerna är alla aminosyror som bygger upp proteinerna vänstervridna, medan sockermolekylerna är vridna åt höger liksom dna som är en högervriden dubbelspiral. Kemins naturlagar är där­emot blinda för vänster och höger.

Om livet började om från början skulle chansen vara lika stor att livsmolekylerna blev spegelvända. De kan då bygga upp en skuggvärld som biokemiskt är nästan identisk med den vi känner till. Ett sådant spegelliv skulle inte konkurrera direkt med känt liv, och inte heller kunde de två livsformerna utbyta gener, eftersom molekylerna inte passar ihop.

Lyckligtvis kan forskarna testa denna idé. De kan blanda till en nä­rings­vätska som består av spegelbilder av de molekyler som vanligtvis ingår i ett odlingssubstrat. En spegelmikrob skulle gärna sätta i sig spegelnäringen som är oätlig för de kända organismerna.

Två amerikanska forskare har på det sättet låtit en mängd kända extremofiler simma i spegelnäring och hittat en mikrob som faktiskt växte där. Den hade isolerats från sedimenten i en alkalisk sjö i Kalifornien och döptes till Anaerovirgula multivorans. Det var dock ingen spegelmikrob, utan en bakterie med den häpnadsväckande förmågan att kemiskt förändra spegelvända aminosyror och socker så att de blir lättsmälta. Men hittills har bara en bråkdel av det mikrobiella riket undersökts.

En annan möjlighet är att skugglivet har samma allmänna biokemi som det välbekanta livet men använder en annan uppsättning av aminosyror eller nukleotider, dna:s byggstenar. Alla kända organismer använder samma fyra nukleotider – adenin, cytosin, guanin och tymin (A, C, G och T) – för att lagra information och, med några få undantag, samma tjugo aminosyror som bygger upp proteinerna, cellens arbetshästar.

Men kemisterna kan syntetisera många andra aminosyror som inte bygger upp de kända organismerna. Några av de främmande aminosyrorna skulle kunna utgöra grund för alternativa livsformer, det gäller bara att hitta dem. Murchinsonmeteoriten som föll ner i Australien år 1969, innehåller många vanliga aminosyror men även vissa ovanliga, som isovalin och pseudoleucin. Forskarna är inte säkra på hur dessa aminosyror har bildats i meteoriten, men de flesta anser att de inte har alstrats genom biologisk aktivitet.

Levande fossil

Det är dock fortfarande svårt att avgöra om den alternativa livsformen också har ett separat ursprung. Kanhända hittar vi bara en ny domän av redan känt liv, som arkéerna, ett slags mikroorganismer som identifierades först i slutet av 1970-talet.

Så hur kan vi avgöra att det som förefaller vara ett helt nytt livsträd i själva verket inte är en ännu oupptäckt gren på det redan kända trädet som växte ut för mycket länge sedan?

Med all sannolikhet var de tidigaste livsformerna mycket olika dem som kom efter. Till exempel visar den sofistikerade genetiska koden tecken på att vara optimerad under evolutionens gång. Detta tyder på att det kanske funnits en mer primitiv föregångare, uppbyggd av tio aminosyror snarare än dagens tjugo. Det är fullt tänkbart att vissa enkla organismer använder den primitiva föregångaren än i dag.

Sådana mikrober kanske inte vore helt främmande, utan snarare levande fossil. Att hitta dem vore av stort vetenskapligt intresse. Det vore också ett annat tänkbart fynd från en tidigare biologisk epok – mikrober som använder rna i stället för dna för att föra arvsanlagen vidare.

Risken att blanda ihop ett helt nytt släktträd med en ännu oupptäckt gren på det redan kända minskar om man begrundar mer radikala alternativ till den kända biokemin. Astrobiologerna har spekulerat om former av liv där vatten ersätts av en annan vätska, som kolvätena etan eller metan. Desssa är dock flytande bara i kraftig kyla, så på jorden blir det svårt att hitta lämpliga förhållanden. Men på Titan, Saturnus måne, skulle det kunna gå.

Ett annat populärt förslag är att ersätta de livsnödvändiga grundämnena kol, väte, syre, kväve och fosfor med andra ämnen. Skulle liv vara möjligt då?

Fosfor, till exempel, är relativt sällsynt och kan inte ha funnits i överflöd i sin lättillgängliga, lösliga form under jordens tidiga historia. En hypotes är att ersätta fosfor med arsenik. Arsenik är ett gift som hotar vanligt liv just för att det härmar fosfor så bra. På samma sätt skulle fosfor vara giftig för liv uppbyggt på arsenik. Kan möjligen arsenikbaserat liv fortfarande dröja sig kvar i fosforfattiga och arsenikrika fickor på jorden, som vulkankanaler och heta källor?

Man har också tänkt sig att liv kan byggas upp med kisel och dess föreningar i stället för kol som är grunden för allt liv på jorden. Det är svårt att tänka sig ett gemensamt ursprung för kol- och kiselbaserat liv. Om de olika organismerna där­emot har samma byggmaterial men skilda genetiska koder, så kan detta troligen förklaras med evolutionen.

Men evolutionen kan också ha lett till att mikrober av helt olika ursprung har anpassats till miljön så att de gradvis har fått liknande egenskaper. På så sätt kan evolutionen ha lett till att de främmande livsformerna har anammat det kända livets uppsättning av aminosyror.

Inuti våra egna kroppar

Alla kända organismer tillverkar proteiner från aminosyror med hjälp av stora molekylära maskiner, så kallade ribosomer. Men för att få plats med ribosomerna måste en levande cell vara minst 200 nanometer (miljarddels meter). Virus är däremot mycket mindre, bara 20 nanometer, men de räknas inte heller som levande organismer i vanlig mening – de kan inte föröka sig utan hjälp av de celler som de infekterar.

Men under årens lopp har flera forskare hävdat att det i biosfären finns gott om celler som är för små för att rymma ribosomer. År 1990 hittades förkalkade rester av bara 30 nanometer stora strukturer i sedimentära bergarter från heta källor i Italien. Kanske var de fossil av ”nanobakterier” (som deras upptäckare döpte dem till).

Liknande strukturer har senare hittats i bergsprover från djuphavsborrningar utanför Australiens västkust. Det är fortfarande omdiskuterat huruvida dessa fynd verkligen bär spår av liv, men de antyder att alternativa livsformer kan vara möjliga.

Den kanske mest kittlande möjligheten är att de främmande mikroberna lever inuti våra kroppar. Kanske var det sådana främlingar som forskargruppen vid Kuopios universitet i Finland såg år 1988, när de studerade däggdjursceller i elektronmikroskop. I många av cellerna fann de partiklar mindre än 50 nanometer stora, en tiondel av den vanliga bakteriestorleken.

Tio år senare föreslog gruppen att partiklarna var levande organismer som levde gott i urinen och fällde ut kalcium och andra mineraler vilket orsakade njursten. Även om detta fortfarande är kontroversiellt, kan åtminstone några av dessa partiklar vara medborgare i en lilleputtvärld med radikalt annorlunda biokemi.

När komplex kemi får liv

Svårigheten att bestämma om en varelse är en främmande livsform eller inte förvärras av att det finns två konkurrerande teorier om hur livet uppkom. Den första hävdar att liv uppstod abrupt när en viss tröskel av kemisk komplexitet hade passerats. Det handlade inte om en ensam cell, utan snarare om en hel cellgemenskap som utbytte näring och information. Den cellulära självständigheten och arterna kom senare. Den andra uppfattningen är att livet uppkom i en smidig övergång från kemi till biologi utan någon klar skiljelinje mellan död och levande materia.

Ifall liv beskrivs som ett system med klart bestämda egenskaper, som förmågan att lagra och bearbeta information, är det meningsfullt att tala om ett eller flera tillfällen när detta började. Men om liv beskrivs vagt som en sorts organiserat komplext system, så kan dess rötter smälta ihop med allmänt komplicerad kemi. Då är det nästan omöjligt att hitta separata ursprung för de olika livsformerna, om de inte är så tydligt åtskilda att de aldrig har kunnat mötas (till exempel om de hittas på planeter i olika solsystem).

Det är uppenbart att vi hittills bara har identifierat en bråkdel av alla mikrober som befolkar vår jord. Många upptäckter har tvingat oss att ändra vår föreställning om vad som är biologiskt möjligt. Hittar vi bevis för en livets omstart här på jorden, kommer även teorin om att liv är ett allmänt kosmiskt fenomen att stärkas. I så fall är vi nog inte ensamma i universum.