בעיית התזונה של התא הקדמון

בעיית התזונה של התא הקדמון היא בעיה רצינית לתאוריית האבולוציה.על מנת שהתא הראשון "והפרימיטיבי" ישרוד, הוא היה זקוק ל"מכונה" שתבצע מטבוליזם וכך תקיים אותו. אך הבעיה היא שלא ידוע לנו על מכניזם "פשוט" בשביל זה. כל צורה מטבולית שבאה לידי ביטוי בתאים היא מורכבת, ודורשת דרגת מידע מפותחת של מולקולת דנ"א ודיוק כימי. מהן האפשרויות הפתוחות לפתרון בעיה זו?

בעיה זו עוררה ויכוחים רבים. על פי ההשקפה האבולוציונית חייב התא הקדמון להיות מעל לכל- פשוט מאוד. אסור שידגים "כלכלת בית" כימית מאוד מורכבת. ובאותו זמן היה על התא הקדמון לקבל את תזונתו מהסביבה- שכמובן לא הייתה חיה. מאחר ואם תא קדמון אמתי מעורב, לא ייתכן שחיים אחרים התקיימו ושימשו כמזון. כפי שכבר צוין, הזנה באמצעות חיזור פחמן דו-חמצני, אנרגית השמש וכלורופיל מוצאת מכלל חשבון בשל המורכבות הכימית שלה.

בדיון בנושא ההזנה, פתוחות האפשרויות הבאות:

1. התא הקדמון פיתח צורה פשוטה של כלורופיל כך שיכול היה לקבל תזונה מפחמן דו חמצני באוויר באמצעות אנרגיית השמש. ברם כפי שכבר ראינו השערה זו בלתי סבירה. שכן צורות פשוטות של פוטוסינתזה אינן ידועות. כל טיפוסי התגובות הפוטוסינטיות הידועות, מחייבות קיום משטר כימי מאורגן אשר אין לצפות שיתהווה בתא קדמון פרימיטיבי. כך שמסיבות מעשיות ביותר יש לצמצם אפשרות זו של תא פוטוסינטטי פשוט וקדמון.

2. בקטריות אוטוטרופיות אחדות מסוגלות לנצל חומרים פשוטים כמו גופרית או ברזל להזנתן. בקטריה כזו "אוכלת" גופרית או ברזל כפי שאנו אוכלים עמילן או חלבון להפקת האנרגיה המטבולית שלנו. תאים אחרים מסוגלים לנצל מימן, מתאן, אמוניה, ניטראט, או מימן גופריתי כמקור לאנרגיה- כלומר הזנה. תרכובות מצע אלה קיימות בכל מקום ובכל עת בסביבתם של בעלי החיים.

האם יכול התא הקדמון להתקיים על חומרי מזון פשוטים אלה? התשובה היא כמובן, כן, אך רק אם התא הקדמון היה מורכב מספיק מבחינה כימית כדי לחיות על חומרים פשוטים אלה!  מהסיבה שחומרים פשוטים אלה כמקורות אנרגיה למטבוליזם והזנה, מחייבים דרגת מידע מאוד גבוהה ומפותחת על מולקולת הדנ"א, הבונה את מערכות האנזימים לסוג זה של מטבוליזם. השאלה היא, האם יש לצפות למורכבות כזאת מתא "פשוט"?

3. ועוד יש להדגיש שתאים לא צמחיים כאלה לא יכולים היו להתקיים כפי שהם מתקיימים היום תוך ניצול חמצן אטמוספרי, כל עוד שתאי הצומח לא החדירו את החמצן לאטמוספירה, בראש וראשונה באמצעות הפוטוסינתזה. ידוע לנו שתאים אחדים מסוגלים להתקיים על גליקוליזה ללא סיוע החמצן. התהוות תאים נושמי חמצן הייתה חייבת להתחולל לאחר התהוות תאים צמחיים יוצרי חמצן. מתקבל מכך הרושם שתאים פוטוסינטטיים צמחיים נוצרו קודם, כך שהספיקו להחדיר לאטמוספירה את החמצן החיוני לחיים האחרים.

דבר אחד ברור: אם וכאשר נוצר התא הקדמון, הוא לא היה מסוגל לסנתז לעצמו חומרי מזון מסובכים כמו עמילן מאנרגיית השמש, לאכסנם ולנצלם כדלק בשעת הצורך. מכאן שהתא חייב היה להתכלכל על תרכובות פשוטות. אולם גם סוג זה של הזנה מחייב קיומה של מערכת אנזימטית מורכבת. ושוב, מתא אב קדמון פשוט אין לצפות למורכבות כזו.