Još uvek toliko toga ne razumemo o poreklu života na Zemlji.
Sama definicija života je izvor debate među naučnicima, ali većina istraživača se slaže oko osnovnih sastojaka žive ćelije. Voda, energija i nekoliko osnovnih elemenata su preduslovi za pojavu ćelija. Međutim, tačni detalji o tome kako se to dešava ostaju misterija.
Nedavna istraživanja su se fokusirala na pokušaj da se u laboratoriji ponovo stvore hemijske reakcije koje čine život kakav poznajemo, u uslovima koji su verodostojni za ranu Zemlju (pre oko 4 milijarde godina). Eksperimenti su postali složeniji, zahvaljujući tehnološkom napretku i boljem razumevanju kakvi su bili rani uslovi na Zemlji.
Međutim, daleko od okupljanja naučnika i rešavanja debate, uspon eksperimentalnog rada doveo je do mnogih kontradiktornih teorija. Neki naučnici smatraju da je život nastao u dubokim hidrotermalnim otvorima, gde su uslovi davali neophodnu energiju. Drugi tvrde da bi topli izvori na kopnu pružili bolje okruženje jer je veća verovatnoća da će zadržati organske molekule iz meteorita. Ovo su samo dve mogućnosti koje se istražuju.
Evo pet najistaknutijih otkrića u poslednjih pet godina.
Koji izvor energije je pokrenuo hemijske reakcije u nastanku života? Ovo je misterija koju je istraživački tim u Nemačkoj pokušao da razotkrije. Tim je istražio izvodljivost 402 reakcije za koje se zna da stvaraju neke od osnovnih komponenti života, kao što su nukleotidi (građevinski blok DNK i RNK). To su uradili koristeći neke od najčešćih elemenata koji su se mogli naći na ranoj Zemlji.
Za ove reakcije, prisutne u savremenim ćelijama, takođe se veruje da su osnovni metabolizam LUCA, poslednjeg univerzalnog zajedničkog pretka, jednoćelijskog organizma sličnog bakteriji.
Za svaku reakciju izračunali su promene u slobodnoj energiji, što određuje da li reakcija može da se odvija bez drugih spoljnih izvora energije. Ono što je fascinantno je da su mnoge od ovih reakcija bile nezavisne od spoljašnjih uticaja kao što je adenozin trifosfat, univerzalni izvor energije u živim ćelijama.
Sintezi osnovnih životnih građevnih blokova nije bio potreban spoljni energetski podsticaj: bila je samoodrživa.
Život se oslanja na molekule za skladištenje i prenošenje informacija. Naučnici smatraju da su lanci RNK (ribonukleinske kiseline) bili prekursori DNK u ispunjavanju ove uloge, jer je njihova struktura jednostavnija.
Pojava RNK na našoj planeti dugo je zbunjivala istraživače. Međutim, nedavno je postignut određeni napredak. U 2022. godini, tim saradnika u SAD je u laboratoriji stvorio stabilne RNK niti. Učinili su to propuštanjem nukleotida kroz vulkansko staklo. Pramenovi koje su napravili bili su dovoljno dugi za skladištenje i prenos informacija.
Vulkansko staklo je bilo prisutno na ranoj Zemlji, zahvaljujući čestim udarima meteorita u kombinaciji sa visokom vulkanskom aktivnošću. Veruje se da su nukleotidi korišćeni u studiji takođe bili prisutni u to vreme u istoriji Zemlje. Vulkanske stene su mogle da olakšaju hemijske reakcije koje su sastavljale nukleotide u RNK lance.
Hidrotermalni otvori
Fiksacija ugljenika je proces u kome CO 2 dobija elektrone. Neophodno je izgraditi molekule koji čine osnovu života.
Za pokretanje ove reakcije neophodan je donor elektrona. Na ranoj Zemlji, H 2 je mogao biti donor elektrona. Godine 2020, tim saradnika je pokazao da se ova reakcija može spontano desiti i da bude podstaknuta uslovima životne sredine sličnim dubokomorskim alkalnim hidrotermalnim otvorima u ranom okeanu. To su uradili koristeći mikrofluidnu tehnologiju, uređaje koji manipulišu malim količinama tečnosti za izvođenje eksperimenata simulacijom alkalnih otvora.
Ovaj put je zapanjujuće sličan onome koliko modernih bakterijskih i arhealnih ćelija (jednoćelijskih organizama bez jezgra) funkcioniše.
U savremenim ćelijama, fiksaciju ugljenika prati kaskada hemijskih reakcija koje sklapaju ili razgrađuju molekule, u zamršenim metaboličkim mrežama koje pokreću enzimi.
Ali naučnici još uvek raspravljaju o tome kako su se metaboličke reakcije odvijale pre pojave i evolucije tih enzima. 2019. godine tim sa Univerziteta u Strazburu u Francuskoj napravio je iskorak. Oni su pokazali da je obojeno gvožđe, vrsta gvožđa koje je bilo u izobilju u ranoj Zemljinoj kori i okeanu, moglo da pokrene devet od 11 koraka Krebsovog ciklusa. Krebsov ciklus je biološki put prisutan u mnogim živim ćelijama.
Ovde je obojeno gvožđe delovalo kao donor elektrona za fiksaciju ugljenika, što je pokrenulo kaskadu reakcija. Reakcije su proizvele svih pet univerzalnih metaboličkih prekursora – pet molekula koji su fundamentalni u različitim metaboličkim putevima u svim živim organizmima.
Razumevanje formiranja životnih gradivnih blokova i njihovih zamršenih reakcija je veliki korak napred u razumevanju nastanka života.
Međutim, bilo da su se odvijale u toplim izvorima na kopnu ili u dubokom moru, ove reakcije ne bi otišle daleko bez ćelijske membrane. Ćelijske membrane igraju aktivnu ulogu u biohemiji primitivne ćelije i njenoj povezanosti sa okolinom.
Savremene ćelijske membrane se uglavnom sastoje od jedinjenja zvanih fosfolipidi, koja sadrže hidrofilnu glavu i dva hidrofobna repa. Strukturirani su u dvoslojne slojeve, sa hidrofilnim glavama okrenutim ka spolja, a hidrofobnim repovima ka unutra.
Istraživanja su pokazala da se neke komponente fosfolipida, kao što su masne kiseline koje čine repove, mogu samosastaviti u te dvoslojne membrane u nizu uslova okoline. Ali da li su ove masne kiseline bile prisutne na ranoj Zemlji? Nedavno istraživanje Univerziteta Njukasl u Velikoj Britaniji daje zanimljiv odgovor. Istraživači su ponovo stvorili spontano formiranje ovih molekula kombinovanjem tečnosti bogatih H2, verovatno prisutnih u drevnim alkalnim hidrotermalnim otvorima, sa vodom bogatom CO 2 koja podseća na rani okean.
Ovaj proboj je u skladu sa hipotezom da su stabilne membrane masnih kiselina mogle nastati u alkalnim hidrotermalnim otvorima, potencijalno napredujući u žive ćelije. Autori su spekulisali da bi se slične hemijske reakcije mogle odvijati u podzemnim okeanima ledenih meseci, za koje se smatra da imaju hidrotermalne otvore slične zemaljskim.
Svako od ovih otkrića dodaje novi deo slagalici o poreklu života. Bez obzira na to koje su se pokazale tačnima, suprotne teorije podstiču potragu za odgovorima.
Kao što je Čarls Darvin napisao: „Lažne činjenice su veoma štetne za napredak nauke jer često traju dugo; ali lažna gledišta, ako su potkrepljena nekim dokazima, ne nanose malo štete, jer svako uživa spasonosno u dokazivanju svoje laži; a kada ovo Učinjeno, jedan put ka grešci je zatvoren i put ka istini se često istovremeno otvara.“
