Podľa jednej hypotézy primitívny predcelulárny život vznikol pred viac ako štyrmi miliardami rokov na súši medzi sopkami a fumarolmi, čo poskytovalo všetku potrebnú chémiu na jej ochranu a výživu. To sa mohlo stať na Zemi aj na Marse.
Živá bunka je veľmi komplexný organizmus, ktorý kombinuje veľa prvkov, mechanizmov a procesov. Ako vznikol, nie je známe. Niektorí vedci sa snažia syntetizovať bunku ako celok, iní prechádzajú z jednoduchých na zložité a zisťujú, ako sa jednotlivé zložky tvorili oddelene a potom sa vyvíjali v priebehu miliárd rokov.
Dlho sa verilo, že život vznikol v oceánoch, ale nedávno bol tento pohľad kritizovaný. Aj keď voda je súčasťou bunky, je škodlivá pre spontánnu syntézu biomolekúl. Okrem toho neexistujú dôkazy o tom, že moria a oceány existovali na povrchu planéty pred viac ako štyrmi miliardami rokov, keď sa pravdepodobne začal proces vzniku života.
Chémia RNA sveta
Úlohu proto-life si nárokujú molekuly ribonukleovej kyseliny, RNA. Sú schopní ukladať informácie, reprodukovať, syntetizovať proteíny a nezávisle vykonávať mnoho rôznych funkcií, ktoré v modernej bunke prevzali DNA, enzýmy a ďalšie biologické molekuly.
Molekuly RNA sa skladajú zo striedajúcich sa nukleotidov spojených kyslíkovými mostíkmi. Vedci sa už dlho snažia obnoviť spojenia polymérneho reťazca tejto komplexnej molekuly, ale prielom nastal až v roku 2009, keď britskí vedci Matthew Powner a John Sutherland uverejnili výsledky experimentov týkajúcich sa syntézy dvoch nukleotidov RNA - cytozínu a uracilu. Boli získané v laboratórnych podmienkach z jednoduchých organických látok a fosfátov po ultrafialovom ožarovaní.
„Syntetizovali úplne dva prírodné nukleotidy. Bol to obrovský prielom, “- hovorí RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, doktor biologických vied, zamestnanec Výskumného ústavu fyzickej a chemickej biológie A. N. Belozerského, Moskovskej štátnej univerzity v Lomonosove, zamestnanca Katedry fyziky Osnabrückskej univerzity (Nemecko).
Propagačné video:
Nukleotid pozostáva z dusíkatej bázy, cukru (ribózy) a fosfátových skupín, keď sú naviazané, na ktoré je uložená energia. Alexander Butlerov ukázal, ako získať zmesi komplexných cukrov z organických látok v roku 1859. O storočie a pol neskôr americký chemik Steven Benner zistil, že na to, aby táto reakcia mohla selektívne tvoriť ribózu, je ako katalyzátor potrebný oxid molybdénový. Okrem toho na stabilizáciu výsledných cukrov je potrebné veľa boritanov - solí kyseliny boritej. Benner predpokladal, že také chemické podmienky môžu existovať niekde v púšťach, ako sú suchá čadičová výška Marsu.
„Na začiatku boli Mars a Zem veľmi podobné. Mars mohol mať ešte viac oxidovanú atmosféru ako staroveká Zem a našli sa tu boritanové ložiská, čo naznačuje dlhodobú geotermálnu aktivitu. Polovicu územia Marsu tvoria skaly staršie ako štyri miliardy rokov, takže je rozumné hľadať tam stopy života. Kvôli doskovej tektonike horniny tohto veku na Zemi neprežili, “vysvetľuje Mulkidzhanyan.
Sopka Solfatara, Phlegraean Fields, Taliansko / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Bez svetla niet života
Špecialista na bunkovú energiu Armen Mulkidzhanyan sa už dlho zaoberá problémom pôvodu života, ktorý má úctyhodné tradície v sovietskej a ruskej vede. Stačí povedať, že akademik Alexander Oparin je považovaný za zakladateľa tohto vedeckého smerovania po celom svete.
Mulkidzhanyan a jeho kolegovia navrhli, že ultrafialové svetlo by mohlo byť kľúčovým faktorom pri výbere prvých biomolekúl. Starodávna atmosféra neobsahovala kyslík ani ozón. Zachovali sa tie biomolekuly, ktoré sa na prvý pohľad dali jednoducho zohriať slnečnými lúčmi bez toho, aby sa rozpadli. Dôkazom toho je skutočnosť, že všetky prírodné dusíkaté bázy RNA majú túto vlastnosť. Živé protoorganizmy by však sotva odolali tvrdému kozmickému žiareniu, tvrdí biológ. To znamená, že nemôže dôjsť k ich dodaniu meteoritmi z Marsu na Zem.
Geotermálne polia, ktoré sa vytvárajú okolo sopiek, sú vhodné pre pôvod života. Namiesto vody, ako v gejzíroch, para uniká z horúcich prameňov a je nasýtená všetkými potrebnými komponentmi. Obsahuje oxid uhličitý, vodík, amoniak, sulfidy, fosfáty, molybdén, boritany, draslík - a je ich viac ako sodík. Draslík tiež prevláda v bunkách všetkých organizmov, pretože inak nie je možná biosyntéza proteínov. Ako ukázali Mulkidzhanyan a jeho kolegovia, draslík je nevyhnutný pre fungovanie najstarších proteínov. Bioinformatika Evgeny Kunin ich dokázala vypočítať v roku 2000 počas rekonštrukcie spoločného predka všetkých bunkových organizmov - LUCA (Posledný univerzálny bunkový predok).
Proteíny, ktoré kódujú gény LUCA, tiež používajú zinočnaté ióny ako katalyzátory alebo stavebné kamene.
„Sulfidy zinku môžu tvoriť všetky baktérie. Je zaujímavé, že kryštály sulfidu zinočnatého a podobného sulfidu kadmia sú schopné redukovať oxid uhličitý na organické, potenciálne „jedlé“molekuly pod ultrafialovým svetlom. Preto sa prvé živé organizmy mohli pokryť kryštálmi týchto minerálov, aby sa chránili pred ultrafialovým žiarením a dostávali jedlo, “vysvetľuje vedec.
Zinok je prchavý, pomaly kryštalizuje a zráža sa na rozdiel od železa a medi na okraji geotermálnych polí, kde nie je horúci.
„Na chladnom okraji takýchto polí by sa okolo horúcich termálnych prameňov mohli tvoriť„ krúžky života “, dodáva výskumník.
Na Zemi stále existujú geotermálne polia - na rozdiel od Marsu, ktorého vnútornosti sa ochladili. Armen Mulkidzhanyan spolu s geochemikom Andrejom Bychkovom z Moskovskej štátnej univerzity v Lomonosove študovali chemické podmienky fumarolov pri sopke Mutnovsky v Kamčatke. Podobné podmienky sú pozorované v národnom parku Yellowstone v USA, v geotermálnych poliach Lardarello v Taliansku a Matsukawa v Japonsku.
Nedávno sa v austrálskom regióne Pilbara objavili stopy 3,5 miliardy rokov staré geotermálne pole, na ktorom sa našli najstaršie stopy živých spoločenstiev na Zemi.
Tatiana Pichugina