Po eni od hipotez je pred več kot štirimi milijardami let na kopnem med vulkani in fumaroli nastalo primitivno predkularno življenje, ki je zagotovilo vso potrebno kemijo za njegovo ohranjanje in prehrano. To bi se lahko zgodilo tako na Zemlji kot na Marsu.
Živa celica je zelo zapleten organizem, ki združuje veliko elementov, mehanizmov in procesov. Kako je nastala, ni znano. Nekateri znanstveniki poskušajo celico sintetizirati kot celoto, drugi pa preidejo od preproste do zapletene in ugotovijo, kako so se njeni sestavni deli oblikovali ločeno in se nato razvijali v milijardah let.
Dolgo je veljalo, da življenje izvira v oceanih, v zadnjem času pa je bilo to stališče kritizirano. Čeprav je voda del celice, je škodljiva za spontano sintezo biomolekul. Poleg tega ni dokazov, da so morja in oceani obstajali na površini planeta pred več kot štirimi milijardami let, ko se je, predvidoma, začel proces nastanka življenja.
Kemija sveta RNA
Vlogo proto-življenja uveljavljajo molekule ribonukleinske kisline, RNA. So sposobni shranjevati informacije, razmnoževati, sintetizirati beljakovine in neodvisno opravljajo številne različne funkcije, ki so v sodobni celici prevzele DNK, encime in druge biološke molekule.
Molekule RNK so sestavljene iz izmeničnih nukleotidov, ki jih povezujejo kisikovi mostovi. Znanstveniki že dolgo poskušajo poustvariti povezave polimerne verige te zapletene molekule, vendar je preboj prišel šele leta 2009, ko sta britanska raziskovalca Matthew Powner in John Sutherland objavila rezultate poskusov sinteze dveh nukleotidov RNA - citozina in uracila. Dobili so jih v laboratorijskih pogojih iz preprostih organskih snovi in fosfata po ultravijoličnem obsevanju.
»V celoti so sintetizirali dva naravna nukleotida. To je bil izjemen preboj, - pravi RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, doktor bioloških znanosti, uslužbenec Raziskovalnega inštituta za fizično in kemijsko biologijo A. N. Belozerskyja, Moskovska državna univerza Lomonosov, delavec oddelka za fiziko univerze v Osnabrucku (Nemčija).
Promocijski video:
Nukleotid je sestavljen iz dušikove baze, sladkorja (riboze) in fosfatnih skupin, če so vezani na energijo. Aleksander Butlerov je pokazal, kako lahko leta 1859 iz organskih snovi pridobivamo mešanice kompleksnih sladkorjev. Stoletje in pol pozneje je ameriški kemik Steven Benner ugotovil, da je za to, da ta reakcija selektivno tvori ribozo, potreben molibdenov oksid kot katalizator. Poleg tega je za stabilizacijo nastalih sladkorjev potrebno veliko boratov - borove kisline. Benner je teoretiral, da lahko takšni kemični pogoji obstajajo nekje v puščavah, kot so suhe, bazaltne višine Marsa.
"Dejansko sta bila zgodnji Mars in Zemlja zelo podobna. Mars je morda imel še bolj oksidirano ozračje kot starodavna Zemlja, tam pa so našli boratna nahajališča, ki kažejo na dolgoletno geotermalno aktivnost. Polovica Marsovega ozemlja je sestavljena iz kamnin, starejših od štirih milijard let, zato je smiselno iskati sledove življenja tam. Zaradi tektonike plošč plošče te starosti na Zemlji niso preživele, "pojasnjuje Mulkidzhanyan.
Vulkan Solfatara, Flegrajska polja, Italija / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Flegrajska polja.
Brez svetlobe ni življenja
Strokovnjak za celično energijo Armen Mulkidzhanyan se že dolgo ukvarja s problemom nastanka življenja, ki ima v sovjetski in ruski znanosti vestno tradicijo. Dovolj je reči, da akademik Aleksander Oparin po vsem svetu velja za očeta ustanovitelja te znanstvene smeri.
Mulkidzhanyan in sodelavci so predlagali, da bi lahko bila ultravijolična svetloba ključni dejavnik pri izbiri prvih biomolekul. Starodavna atmosfera ni vsebovala niti kisika niti ozona. Zadržala je tiste biomolekule, ki bi jih sprva preprosto lahko segrevali sončni žarki, ne da bi razpadali. To dokazuje dejstvo, da imajo vse naravne dušikove baze RNA to lastnost. Živi protoorganizmi bi težko zdržali močna kozmična sevanja, je prepričan biolog. To pomeni, da ne more biti dvoma o njihovi dostavi meteoritov z Marsa na Zemljo.
Geotermalna polja, ki se tvorijo okoli vulkanov, so primerna za izvor življenja. Namesto vode, kot v gejzirjih, iz vročih vrelcev izstopa para, nasičena z vsemi potrebnimi komponentami. Vsebuje ogljikov dioksid, vodik, amonijak, sulfide, fosfate, molibden, borate, kalij - in ga je več kot natrija. Kalij prevladuje tudi v celicah vseh organizmov, ker sicer biosinteza beljakovin ni mogoča. Kot so pokazali Mulkidzhanyan in sodelavci, je kalij ključen za delovanje najstarejših beljakovin. Bioinformatika Evgenija Kunina jih je leta 2000 uspela izračunati med obnovo skupnega prednika vseh celičnih organizmov - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
Proteini, ki kodirajo LUCA-gene, uporabljajo tudi cinkove ione kot katalizatorje ali gradnike.
„Cink sulfidi lahko tvorijo vse bakterije. Zanimivo je, da kristali cinkovega sulfida in podobnega kadmijevega sulfida lahko zmanjšajo ogljikov dioksid v organske, potencialno "užitne" molekule pod ultravijolično svetlobo. Zato bi se prvi živi organizmi lahko pokrili s kristali teh mineralov, da bi se zaščitili pred ultravijoličnim sevanjem in dobili hrano, «razlaga znanstvenik.
Cink je hlapljiv, počasi kristalizira in se, za razliko od železa in bakra, obori na obrobju geotermalnih polj, kjer ni vroče.
"Na hladnem obrobju takšnih polj bi se okoli vročih termalnih vrelcev lahko oblikovali" obroči življenja "," zaključuje raziskovalec.
Geotermalna polja še vedno obstajajo na Zemlji - za razliko od Marsa, katerega črevesje se je ohladilo. Armen Mulkidzhanyan je skupaj z geokemikom Andrejem Bychkovom z Moskovske državne univerze Lomonosov preučeval kemijske razmere fumarolov v bližini vulkana Mutnovsky na Kamčatki. Podobne razmere opažamo v nacionalnem parku Yellowstone v ZDA, na geotermalnih poljih Lardarello v Italiji in Matsukawa na Japonskem.
Pred kratkim so v avstralskem območju Pilbara, istem mestu, kjer so bile najdene najstarejše sledi živih skupnosti na Zemlji, odkrili sledove 3,5 milijarde let starega geotermalnega polja.
Tatjana Pichugina