Bio_09

Ihminen biologia

Bio_09_jasko_1

Biologia aine 9lk keskittyy ihmisten ruumiinrakenne evoluution näkökulmasta.
Ensimmäisen osan aikana opimme:

Ihmisten evoluutio.
- Neandertalaisten perimä meissä vaikuttaa terveyteemme hyvässä ja pahassa. -> https://areena.yle.fi/1-50813996
- Tutkimus: Neandertalinihmisten sukupuutolle saattoi löytyä vihdoin selitys. (study 9.2024) -> https://yle.fi/a/74-20112128
Solurakenne ja solutyypit.
Mitosi eli solun jakautuminen.
Elimistöt:
Ruuansulatuselimistö
Veren koostumus ja toiminta
Verenkiertoelimistö
Hengityselimistö
Lihakset ja luusto.

Lääketieteen uudet kuviot (Katso Areenassa: K1, J2 - hyvinvointi, tiede, rento) -> https://areena.yle.fi/1-4592971
Kuinka sairauksia hoidetaan tulevaisuudessa?
Sairaanhoito on suurten muutosten edessä, kun tekniikka, farmalokogia ja lääketiede kehittyvät suurin harpppauksin. Märta Westerlund ja Tuomas Enbuske tarkastelevat terveyttä ja sairautta lääketieteen kehityksen näkökulmasta.
He keskittyvät viiteen kokonaisuuteen: aivoihin, kehon varaosiin, sisäelimiin ja suolistoon, psyykeen sekä vietteihin.

Suuret tunteet PELKO (K1, J4 - 35 min , tiede, hyvinvointi) - Katso Areenassa -> https://areena.yle.fi/1-50454639
4/5. Toimittaja Njål Engesæth on tavannut henkilön joka osaa luoda pelkoa, sekä Idan Flatenin joka kertoo pelostaan kun rakkaussuhde loppui. Norjalainen dokumenttisarja tunteista. (U)

Sotiemme murtuneet mielet 13 min historia, lifestyle -> https://areena.yle.fi/1-50125597

Tässä jaksossa Aleksi Rantamaa saa sähköshokkihoitoa, osallistuu Haminan reserviupseerikoulun harjoituksiin ja esittelee psykiatrisen diagnoosin saaneen, rintamaoikeudenkäynnin perusteella teloitetun Urpo Viinikan tapauksen.

Tutkitaan DNA

- koodi elämään

Liitteet:

Kertausmoniste_K0E_1-5
SOLU_ DNA_N ERISTÄMINEN POSKEN LIMAKALVON SOLUISTA.pdf

Bio DNA vs RNA

Elämän tarina (the origins of life) Paul Sutter 2022 on ArsTechnica
https://arstechnica.com/science/2022/04/paul-sutter-explores-the-origins-of-life-and-dna-versus-rna/

DNA vs. RNA (Suomennetu)

Original speech
DNA vs. RNA

- Maa syntyi noin 4,5 miljardia vuotta sitten ja elämä ilmestyi planeetallemme noin 3,5 miljardia vuotta sitten ja luultavasti jopa aikaisemmin.

Se on huomattavan lyhyt aika, jotta maailmamme muuttuu kuolleesta eläväksi.

Ja vaikka tiedämme, että tämä prosessi tapahtui, emme ole täsmälleen varmoja, miten, ja sen selvittämiseen liittyy itse elämän määritelmän venyttäminen.

[orkesterimusiikki]

Varhainen maapallo oli kauhea elämän kannalta.
Tarkoitan, kun se ensimmäisen kerran muodostui, se oli kirjaimellisesti sulan kiven pallo, mikä on epävieraanvaraisuuden määritelmä.
Ja nuori aurinko, älä aloita minua nuorta aurinkoa.
Se lähettäisi jatkuvasti säteilyä, joka vain säteilyttäisi koko aurinkokuntaa. Ja jopa sen jälkeen, kun asiat alkoivat jäähtyä, maapallomme kärsi lukemattomista törmäyksistä asteroideista ja komeetoista, jotka vain pommittaisivat pintaa uudelleen, ja uudestaan ja uudestaan, mikä tekee paikasta erittäin vaikeaksi saada jalansijaa.
Mutta lopulta asiat alkoivat rauhoittua.
Planeetta jäähtyi, kuori muodostui, valtameret nousivat pintaan ja olosuhteet elämälle olivat olemassa.
Nyt elämä tarvitsi kolme asiaa aloittaakseen.
Ensinnäkin se tarvitsi vakaan ympäristön.
Toiseksi se tarvitsi orgaanisten molekyylien keiton rakennuspalikoihinsa.
Ja se tarvitsi energialähteen.
Joten missä ihmeessä nämä ehdot olisi voitu täyttää?
Onneksi planeettamme on melko iso paikka ja on olemassa monia vaihtoehtoja, jotka täyttävät nämä kriteerit.
Esimerkiksi syvässä meressä voi olla hydrotermisiä aukkoja.
Tämä on energianlähde, siinä on oikea kemiallinen seos ja se on vakaa ympäristö.
Tai se voi olla kuumia lähteitä, matalia tai syviä, missä tahansa maan pinnalla.
Tai jopa vuorovesialtaat, jotka valuvat sisään ja ulos.
Tämä voisi olla koti ensimmäiselle elämälle maan päällä.
On olemassa vielä radikaalimpia ehdotuksia, kuten ehkä salaman iskivät rannat, jotka tarjoavat oikeanlaisen kemiallisen seoksen ja energialähteen.
Tai ehkä kaikki tapahtui syvällä maan alla.
Emme rehellisesti sanottuna vielä tiedä, kumpi näistä paikoista on todennäköisemmin koti maan ensimmäiselle elämälle.
Mutta oliko maan varhaisin elämä edes elossa, mies?
No, on olemassa yli 100 mahdollista määritelmää elämälle.
Ja ehkä hyödyllisin tässä yhteydessä on, että elämä on itseään ylläpitävä kemiallinen reaktio, joka on darwinilaisen evoluution alainen.
Se tarkoittaa sinua, Charlie.
Älä huoli, palaamme luoksesi.
Tämä on uskomattoman laaja määritelmä, mutta tarvitsemme tätä laajuutta tutkiaksemme elämän alkuperää.
Koska nykyään nykymaailmassa on ilmeistä, että sinä, minä tai perunat olette elossa ja kivet eivät.
Elämän alkuperä määritelmän mukaan kulkee näiden kahden ääripään välisellä rajalla.
Ja niinpä tarvitsemme hyvin laajan määritelmän näiden alkuperän tutkimiseksi. Joten kuinka joukko satunnaisia kemikaaleja joutuu darwinilaisen evoluution alaisiksi?
No, tehdäkseen sen heidän on suoritettava kolme asiaa.
Ensinnäkin heidän on tallennettava tietoja. Heidän on säilytettävä jonkinlainen muisti siitä, keitä he ovat ja mitä he voivat tehdä.
Seuraavaksi niiden täytyy katalysoida reaktioita.
Tämä on AKA-aineenvaihduntaa, ja mikä tekee elämästä niin hauskaa.
Ja lopuksi, heidän on kyettävä toistamaan itseään.
Heidän täytyy pystyä kopioimaan itsestään, jotta he voivat muistaa keitä he ovat ja mitä he ovat.
pystymme tekemään ja siirtämään sen kaiken uudelle sukupolvelle.
Nykyaikainen elämä käyttää kolmen makromolekyylin sarjaa kaikkien näiden töiden suorittamiseen.
Ensinnäkin meillä on DNA:mme, joka on tietovarastomme.
DNA luo RNA:ta, joka transkriptoi tiedot ja valmistaa sitten proteiineja.
Ja proteiinit ovat niitä, jotka katalysoivat reaktioita, mukaan lukien DNA:n replikointi, jotta se voi tehdä kopioita itsestään.
Ja tämä on poikkeuksellisen monimutkainen vuorovaikutus, jota emme rehellisesti sanottuna täysin ymmärrä.
Ja se on niin monimutkainen ja yhteydessä toisiinsa, että on selvää, että varhaiselämän on täytynyt olla yksinkertaisempaa.
Ja on mahdollista, että varhaisessa elämässä ei edes käytetty proteiineja tai DNA:ta.
On mahdollista, että varhaisessa elämässä käytettiin vain RNA:ta.
Tätä kutsutaan RNA-maailman hypoteesiksi, ja se toimii, koska RNA pystyy replikoitumaan itsestään.
Se' s pystyy katalysoimaan reaktioita.
Ja se pystyy tallentamaan tietoa, mutta ei niin tehokkaasti kuin koko RNA-DNA-proteiiniyhdistelmä.
Ja mikä tärkeintä, RNA kykenee niin sanottuun autokatalyysiin.
Se on 5 dollarin sana, jos olen koskaan kuullut sellaisen.
Autokatalyysi on kemikaalin kyky katalysoida reaktioita, jotka tuottavat kopioita alkuperäisestä molekyylistä.
Tämä mahdollistaa RNA:n osallistumisen koko darwinilaiseen evoluutiopeliin.
Joten tällä aikajanalla maapallo on kyllästetty kokonaisella joukolla orgaanisia yhdisteitä.
Ja se on aika karu paikka, jos minulta kysytään.
Mutta lopulta ilmaantuu lyhyitä RNA-säikeitä.
Ja sitten nämä lyhyet RNA-säikeet alkavat osallistua kemiallisiin reaktioihin, jotka muuttuvat yhä monimutkaisemmiksi.
Ja sitten hitaasti ajan myötä evoluutiopaineen vuoksi, lopulta DNA ja proteiinit nousevat tehokkaampina versioina samasta perusprosessista.
Ja sitten, buumi, sinulla on moderni elämä.
Vaikka RNA-maailman hypoteesi on houkutteleva ja kiehtova, sillä on puutteita, aivan kuten missä tahansa tieteellisessä hypoteesissa.
Ensinnäkin emme ole aivan varmoja, kuinka RNA:n pitäisi tehdä tämä kaikki.
Ja RNA on erittäin hauras, paljon vähemmän vankka kuin DNA.
Joten ei ole selvää, voisiko se itse asiassa selviytyä tarpeeksi kauan varhaisessa maassa.
Tämä malli vain olettaa, että kaikki mielenkiintoinen aineenvaihdunta vain tavallaan tapahtuu lopulta.
Tämä on vain yksi idea monista.
Voimme käyttää evoluution elämänpuun oksia selvittääksemme, millainen oli aikaisin yhteinen esi-isämme.
Tule, Charlie.
Osutaan tauluun.
Koko elämän puu, ja voimme jäljittää sen alkuperän yhteen komeettaan.
Todella hauskaa, Charlie.
Mikset vain hengailla täällä nurkassa, okei?
Se on mukavaa, erittäin hauskaa.
Voimme järjestellä kaiken maan päällä olevan elämän.
Voimme tutkia heidän geenejä ja etsiä yhteisiä piirteitä.
Eukaryooteista, mukaan lukien eläimet ja isoäiti Maude on täällä jossain ylhäällä, ja kasvit ja siimalevit.
Voimme katsoa arkeaa.
Voimme tarkastella kaikkia bakteereja, ja bakteereja on paljon, nähdäksemme, kuinka harvat geenit meillä on yhteisiä.
Ja tällainen sekvensointi on paljastanut noin 330 geeniä, jotka jakavat koko maapallon elämisen.
Tämä on meille kaikille yhteistä ympäri maailmaa.
Ja voimme käyttää sitä rekonstruoidaksemme jotain, jota kutsumme LUCA:ksi, viimeiseksi universaaliksi yhteiseksi esi-isäksi.
Tämä ei ole varhaisin elämä, joka on ilmaantunut maan päälle.
Mutta se on yleinen lähtökohta koko nykypäivän elämälle.
Ja katsomalla noita geenejä, voimme selvittää, miltä LUCA näytti.
Ja LUCA:lla oli DNA:ta, RNA:ta, syntetisoi proteiineja aineenvaihduntaa varten, se oli hyvin lämpöä sietävä ja luultavasti asui syvänmeren hydrotermisessä tuulessa.
Tämä on yhteinen esi-isämme, jolla oli sama biomekaaninen kemiamme.
Mutta jotta voimme ajaa takaisin vielä tuleville sukupolville, meidän on saatava mukaan asiantuntija.
[pommi räjähtää] Kiitos paljon tämän tekemisestä.
Tästä tulee paljon hauskaa.

- Ei ongelmaa.

- Mikä on varhaisin todiste elämästä ja sitten varhaisin kiistanalainen todiste elämästä?

- Yksi varhaisimmista todisteista elämästä on kivissä Australiassa.
Siellä on selkeitä kerrostumia, jotka ovat runsaasti hiiltä ja ovat fyysisesti muotoiltuja, kuten nykyään näemme bakteerimuodostelmia.
Joten oletamme, että ne olivat varhaisia bakteereja, jotka elivät tavalla, jonka voimme tunnistaa edelleen.
Sitä kutsutaan stromatoliitiksi, jättimäiseksi bakteerikasaksi, joka kasvaa kerroksittain päällekkäin.
Se muodostuu vesistöissä ympäristöissä.
Ja kun sinulla on matala lampi, bakteerit alkavat vain kasvaa klusterina ja lopulta kerääntyvät kerroksittain toistensa päälle, kunnes ne muodostavat kokonaisen kasan.

- Samanlainen kuin nykyaikainen elämä, vai onko se mielestämme kenties kemiallisesti erilaista?

- Se oli lähes varmasti hyvin samanlainen kuin nykyelämä, kaiken biokemian kannalta. Siellä oli lähes varmasti DNA:ta, RNA:ta ja proteiineja.

- Mikä oli tällaisten bakteerien energialähde?

- Geologiset prosessit tuottavat kemikaaleja, joista bakteerit voivat kerätä energiaa.
Näemme sen myös tänään syvänmeren tuuletusaukoissa.

- Oletko tietoinen näistä keskusteluista, kun kyse on elämän alkuperästä replikaatio-ensi-skenaarioiden ja aineenvaihdunta-ensi-skenaarioiden välillä?

- On kaksi ajatusta siitä, miten elämä syntyi.
Yksi on ajatella, että tarvitsit aineenvaihduntaa.
Periaatteessa jokin tapa ottaa ympäristöenergiaa ja muuttaa se hyödylliseksi kemiaksi.
Jos sinulla on aineenvaihdunta, niin loput solut, genetiikka, kalvo, asiat, jotka ylläpitävät tuota aineenvaihduntaa, voivat muodostua jo tapahtuvan kemiallisen prosessin ympärille.
Ja on mahdollista, että elämä vain rakentuu sen ympärille.
Vaihtoehtona on, että luot geneettistä materiaalia energeettisesti edullisilla prosesseilla.
Ja geneettinen materiaali, ylläpitääkseen itseään, kehitti tavan kerätä energiaa myöhemmin.
Pidän yleensä genetiikkaa ensin.
Luulen, että itsestään replikoituvan molekyylin muodostaminen on vaikeampaa kuin kemialliset prosessit, jotka tavallaan ottavat vähän energiaa ympäristöstä. Ja niin,

- Mikä on vakain ympäristö, jossa nämä herkät kemikaalit kestävät itseään?

-Jotain RNA:n kaltaista on hyvin hauras nykymaailmassamme, koska kaikki näkee sen joko ruokana tai uhkana.
Joten on monia tapoja sulattaa RNA:ta.
Mutta silloin, kun se muodostui, mitään niistä entsyymeistä, jotka sulattaisivat sen, ei ollut olemassa.
Ja se on luultavasti vakaampi kuin annamme sille tunnustusta.

- Tärkeää on sen kyky replikoida itseään ennen kuin se rappeutuu, ja säilyttää geneettinen muisti.

- Tarkalleen.
Jotkut heidän ehdottamistaan ympäristöistä, kuten syvänmeren tuuletusaukot, ovat satojen kilometrien ketjuissa.
Raaka-aineiden tuotantomahdollisuudet ovat valtavat.
Se ei ole yksi pieni koeputki laboratoriossa.

- Totta, se on miljardeja koeputkia mahdollisesti satojen miljoonien vuosien aikana. Milloin DNA tapahtui?

- DNA on kemiallisesti vain yksi atomi, joka eroaa RNA:sta.
Koska DNA on vakaampi, olisi olemassa evoluutiovalinta kohti vakaampaa geneettisen materiaalin varastoa.
Ja on mahdollista, että on olemassa välitila, jossa kemia ei ollut nirso ja käytti sekä DNA:ta että RNA:ta samaan aikaan.
Viimeinen asia, joka minusta on jännittävää, on se, että ihmiset ovat työskennelleet bakteerin genomin minimoimiseksi.
Kuinka harvoista geeneistä pääset eroon?
Ja yksi niistä asioista, joita he aikovat tehdä, on, kun sinulla on tämä täysin minimoitu genomi, voitko alkaa ottaa proteiinia pois ja korvata sen katalyyttisellä RNA:lla?
Joten, on jonkinlainen hybridijärjestelmä.
Se on DNA-pohjainen.
Ympärillä on paljon proteiineja.
Mutta jotkin tärkeimmistä reaktioista suorittaa RNA proteiinien sijaan.

- Kutsuisitko tällaisia kemiallisia reaktioita edes eläviksi?

- Elämän määritteleminen on todella haastavaa.
Meillä on tapana etsiä binäärimääritelmiä.
Onko se elossa vai ei? Onko se laji vai ei?
Ja elämä ei välttämättä anna meille puhdasta vastausta.

- Onko elämän alkuperä mahdollisesti uskomattoman sotkuinen, yhtä sotkuinen kuin elämä itse?

- Ehdottomasti.
Ja mielestäni ihmiset eivät välttämättä arvosta sitä tällaisessa tutkimuksessa.
Emme koskaan palaa ajassa taaksepäin selvittääksemme tarkalleen, kuinka elämä tuli yhteen.
Ja niin, mitä tiedemiehet yrittävät tehdä, on koota koko joukko uskottavia polkuja, jotka voisivat tuottaa jotain elävää.
Emmekä tiedä, alkoiko elämä tarkalleen niin, mutta tiedämme, että elämä on mahdollista muodostaa yksinkertaisella kemialla.
Se on sekoitus erilaisia vastauksia, jotka tyydyttävät eri tasoilla.

- Se tapahtui täällä maan päällä. Tapahtuiko se myös sisarplaneetoillamme?

- Voimme tehdä joitain johtopäätöksiä sen perusteella, mitä tiedämme heistä tänään, miltä he näyttivät ennen.
Tämä antaa meille mahdollisuuden tehdä arvauksia siitä, mitä näillä muilla planeetoilla voi tapahtua.
On myös todennäköistä, että jollain, jonka tunnistaisimme elämäksi, voi olla merkittävästi erilaisia kemiallisia tekijöitä.
Meillä on vain yksi esimerkki elämästä työskenneltävänä.
Ja niin, ennakkoluulomme kohdistuvat siihen, mitä voimme löytää, mikä näyttää siltä, mitä tiedämme toimivan.

- Kiitos, että liityit joukkoomme.
Oli ilo saada sinut, enkä malta odottaa, että saan sinut takaisin.
Elämän alkuperän etsiminen on vienyt meidät ympäri maailmaa itse tähtiin.
Ja meidän on täytynyt yhdistää biologia, kemia, geologia ja jopa tähtitiede ymmärtääksemme oman alkuperämme.
Ja todellakin, etsintä on vasta alussa, toisin kuin tämä jakso, joka on ohi.
Tule, Charlie. Otetaan drinkki. [orkesterimusiikki]

- The Earth formed about 4.5 billion years ago and life appeared on our planet about 3.5 billion years ago, and probably even earlier.

That's a remarkably short amount of time for our world to go from dead to alive.

And while we know that this process happened, we're not exactly sure how, and figuring it out involves stretching the very definition of life itself.

[orchestral music]

The early Earth was terrible for life.
I mean, when it first formed, it was literally a ball of molten rock, which is the very definition of inhospitable.
And the young Sun, don't get me started on the young Sun.
It would constantly emit flares of radiation that would just irradiate the entire solar system.
And even after things started to cool off, our Earth suffered countless collisions from asteroids and comets that would just bombard the surface again, and again, and again, making the place very difficult for life to gain a foothold.
But eventually things started to settle down.
The planet cooled off, the crust formed, the oceans rose to the surface, and the conditions for life were there.
Now, life needed three things to get started.
One, it needed a stable environment.
Two, it needed a soup of organic molecules for its building blocks.
And it needed a source of energy.
So, where on the early Earth could these conditions have been met?
Well, thankfully, our planet is a pretty big place and there are lots of options that meet this criteria.
For example, there could be hydrothermal vents in the deep sea.
This is a source of energy, it has the right chemical mix, and is a stable environment.
Or it could be hot springs, shallow or deep, anywhere on the surface of the Earth.
Or even tidal pools that are sloshing in and out.
This could be the home for the first life to appear on Earth.
There's even more radical suggestions, like maybe beaches that were struck by lightning, providing the right kind of chemical mix and the source of energy.
Or maybe it all happened deep underground.
We honestly don't know yet which one of these places is more likely than the other to be the home for the first kind of life on Earth.
But was the earliest life on Earth even alive, man? Well, there's over 100 possible definitions of what life is.
And perhaps the most useful one for this context is that life is a self-sustaining chemical reaction that is subject to Darwinian evolution.
That means you, Charlie.
Don't worry, we'll come back to you.
This is an incredibly broad definition, but we need this broadness to explore the origins of life.
Because today in the modern world, this is obvious that you, or me, or potatoes are alive, and that rocks are not.
The origins of life by definition straddle the boundary between these two extremes.
And so, we need a very broad definition to explore those origins.
So, how do a bunch of random chemicals find themselves subject to Darwinian evolution? Well, to do that, they need to perform three things.
One, they need to store information.
They need to keep some sort of memory about who they are and what they're capable of doing.
Next, they need to catalyze reactions.
This is AKA metabolism, and what makes life so much fun.
And lastly, they need to be able to self-replicate.
They need to be able make copies of themselves so that they can remember who they are and what they're capable of doing, and pass all that onto a new generation.
Modern life uses a set of three macromolecules to get all those jobs done.
One, we have our DNA, which is our store of information.
The DNA creates RNA, which transcribes that information and then manufactures proteins.
And the proteins are the ones who do the job of catalyzing reactions, including replicating DNA so it can make copies of itself.
And this is an extraordinarily complex interaction that honestly we don't fully understand.
And it's so complex and interconnected that it's obvious that early life must have been simpler.
And it's possible that early life didn't even use proteins or DNA.
It's possible that early life only used RNA.
This is called the RNA world hypothesis, and it works because RNA is capable of self-replicating.
It's capable of catalyzing reactions.
And it's capable of storing information, just not as efficiently as the full RNA DNA protein combo.
And most critically, RNA is capable of something called autocatalysis.
Now, that's a $5 word if I've ever heard one.
Autocatalysis is the ability for a chemical to catalyze reactions that generate copies of the original molecule.
This is what enables RNA to participate in the whole Darwinian evolution game.
So, in this timeline, the Earth is saturated with a whole bunch of organic compounds.
And it's a pretty gross place if you ask me.
But eventually, short RNA strands appear.
And then, these short RNA strands start participating in chemical reactions that get ever more complex.
And then, slowly over time due to evolutionary pressure, eventually DNA and proteins emerge as more efficient versions of the same basic process.
And then, boom, you've got modern life.
While the RNA world hypothesis is appealing and intriguing, it does have its shortcomings, just like any scientific hypothesis really.
For one, we're not exactly sure how RNA is supposed to do all this.
And RNA is very fragile, a lot less robust than DNA.
So, it's not clear that it could actually survive long enough in the early Earth.
This model just assumes that all the interesting metabolism just sort of happens eventually.
This is just one idea of many.
We can use the branches of the evolutionary tree of life to figure out what our earliest common ancestor was like.

Come on, Charlie.
Let's hit the chalkboard.
The entire tree of life, and we can trace its origins back to a single comet.

Very funny, Charlie.
Why don't you just hang out in the corner here, okay?
That's nice, very funny.
We can sequence all extant life on Earth.
We can examine their genes and look for commonalities.
From the eukaryotes, including the animals and Great Grandma Maude is somewhere up here, and the plants and the flagellates.
We can look at the archaea.
We can look at all the bacteria, and there are a lot of bacteria, to see what few genes we have in common.
And this kinds of sequencing has revealed about 330 genes that all life on Earth shares.
This is something we all have in common across the globe.
And we can use that to reconstruct something we call LUCA, the last universal common ancestor.
Now, this is not the earliest life to appear on Earth.
But it is the common origin point for all modern day life.
And by looking at those genes, we can figure out what LUCA looked like.
And LUCA had DNA, had RNA, synthesized proteins to have metabolism, was very heat-tolerant, and probably lived in a deep sea hydrothermal vent.
This is our common ancestor that shared our same biomechanical chemistry.
But to push back to even further generations, we need to bring in an expert.
[bomb exploding] Thanks so much for doing this.
This is gonna be a lot of fun.

- No problem.

- What is the earliest evidence for life, and then the earliest debatable evidence for life?

- One of the earliest pieces of evidence for life is in rocks in Australia.
There are clear deposits that are carbon-rich and physically shaped like bacterial formations we see today.
So, we assume it was early bacteria living in a style that we can recognize still.
It's called a stromatolite, a giant mound of bacteria that grow in layers on top of each other.
It forms in watery environments.
And when you've got a shallow pond, the bacteria just start growing up in a cluster and eventually build up layer-on-layer on top of each other until they form an entire mound.

- Similar to modern life, or do we think it was perhaps some chemically different?

- It was almost certainly very similar to modern life, in terms of the biochemistry of it all.
DNA, RNA, and proteins were almost certainly there.

- What was the energy source for these kinds of bacteria?

- Geological processes will produce chemicals that bacteria can harvest energy from.
We also see that today in the deep sea vents.

- Are you aware of these debates when it comes to the origin of life between replication-first scenarios and metabolism-first scenarios?

- There's two ideas about how life came about.
One is to think that you needed a metabolism.
Basically, some way of taking environmental energy and converting it into useful chemistry.
If you have the metabolism, then the rest of the cell, the genetics, the membrane, the things that maintain that metabolism, can build up around a chemical process that's already happening.
And it's possible that life just sort of built up around that.
The alternative is that through processes that are energetically favorable, you created a genetic material.
And the genetic material, in order to self-sustain, evolved a way to harvest energy later.
I tend to favor genetics first.
I think forming a self-replicating molecule is harder than having chemical processes that sort of extract a little energy from the environment.
And so, I think the harder step had to come first.

- What is the most stable environment to allow these fragile chemicals to sustain themselves?

- Something like RNA is very fragile in our present world 'cause everything views it either as food or as a threat.
So, there's lots of ways to digest RNA.
But back when it was forming, none of those enzymes that would digest it existed.
And it's probably more stable than we give it credit for.

- What matters is its ability to self-replicate before it decays, and maintain that genetic memory.

- Exactly.
Some of the environments they're proposing, like deep sea vents, those exist in chains over hundreds of kilometers.
The potential to produce the raw materials is huge.
It's not one little test tube in a lab.

- Right, it's billions of test tubes over the course of potentially hundreds of millions of years. When did DNA happen?

- DNA chemically is only one atom different from RNA.
Since DNA is more stable, there would be an evolutionary selection towards having a more stable repository for genetic material.
And it's possible that there is an intermediate state, where the chemistry wasn't picky and used both DNA and RNA at the same time.
Last thing that's exciting to me is that people have been working on minimizing the genome of a bacteria.
How few genes can you get away with?
And one of the things they're thinking of doing is once you have this fully minimized genome, can you start taking out a protein and replacing it with catalytic RNA?
So, have a sort of hybrid system.
It's DNA-based.
There's lots of proteins around.
But some of the key reactions are done by RNA instead of proteins.
That would reflect what we think would look like a key intermediate step before the last common ancestor of all life.

- Would you even call these kinds of chemical reactions alive?

- Defining what life is is a really challenging thing.
We tend to look for binary definitions. Is it alive or not?
Is it a species or not? And life doesn't necessarily give us the clean answer.

- Is the origins of life potentially incredibly messy, as messy as life itself?

- Absolutely.
And I think that's something that people don't necessarily appreciate about this sort of research.
We're never gonna go back in time to figure out exactly how life came together.
And so, what scientists are trying to do is put together a whole set of plausible pathways that could produce something that's living.
And we won't know whether that is exactly how life started, but what we would know is that it is possible to form life with simple chemistry.
That's gonna be a mix of different answers that are satisfying to different degrees.

- It happened here on Earth.
Did it happen on our sibling planets too?

- We can make some inferences based on what we know about them today, about what they looked like in the past.
That lets us make some guesses about what might be happening on these other planets.
It's also plausible that something we would recognize as life could have significantly different chemistries.
We've only got one example of life to work with.
And so, our biases are towards what can we find that looks like what we know works.

- Thank you so much for joining us.
It was a joy to have you and I can't wait to have you back.
Our exploration for the origins of life have taken us all across the globe, into the stars themselves.
And we've had to combine biology, chemistry, geology, and even astronomy to understand our own origins.
And really, that search is just beginning, unlike this episode, which is over.
Come on, Charlie. Let's get a drink.

[orchestral music]