Chemia zarania życia na Ziemi odtworzona w próbówce

Uczeni niemieccy oznajmili, że potrafią w laboratorium odtworzyć pojawienie się na Ziemi życia takiego, jakie znamy dziś (fot. pixabay/qimono)

Na sympozjum „Początki życia” w Atlancie (USA) uczeni niemieccy oznajmili, że potrafią w laboratorium, serią prostych reakcji chemicznych, odtworzyć pojawienie się na Ziemi życia takiego, jakie znamy dziś.

Ziemia gigantyczną cieplarnią? Naszej planecie grozi katastrofa

Spowodowany działalnością człowieka wzrost temperatur może wywołać kaskadę reakcji, które doprowadzą do jeszcze większego ocieplenia i w efekcie do...

zobacz więcej

Dawno temu sądziliśmy, że życie jest formą istnienia białka. Istotnie, nie ma takiej komórki, w której białek by nie było. Potem odkryto strukturę DNA, przyszła genetyczna rewolucja i zaczęto powtarzać niemal slogan o „samolubnym genie”. W tej koncepcji mieliśmy być, ze wszystkimi naszymi białkami, tylko opakowaniem, które pozwala DNA się doskonalić i trwać. Jednak od jakiegoś ćwierćwiecza jest już jasnym, że życie nie zaczęło się od żadnej z tych skomplikowanych cząsteczek. Jest jeszcze inny gracz na tej scenie. Niepozorny, wszędobylski. To on dał początek przekonaniu, że istniało kiedyś coś takiego, jak „świat RNA”.

Rzecz nie jest trywialna. Bo jeśli wierzyć geologom, geofizykom i innym specjalistom od tego, jak wyglądało zaranie naszej planety, życie miało na początku pod górkę. W stygnącym środowisku Ziemi i jej powstającej atmosferze dawało się znaleźć jedynie tlen, azot, metan, amoniak, wodę i cyjanowodór.

Oazy podwyższonego ciśnienia i bardzo dużych rozpiętości temperatury. Sporo promieniowania ultrafioletowego i radioaktywności. I to wszystko. A to bardzo niewiele, bo życie jest skomplikowane w swej strukturze. I musi nie tylko się „utrzymywać na powierzchni”, czyli działać chemicznie wbrew wszechogarniającej entropii. Musi się także replikować, przekazywać i trwać w kolejnych pokoleniach. Z natury jest bowiem kruche, a końcem jego śmierć.

Ziemia w niebezpieczeństwie? NASA ostrzega przed uderzeniem planetoidy

Ziemię czeka wielkie niebezpieczeństwo. Według wstępnych prognoz naukowców z NASA w roku 2135 w naszą planetę może uderzyć planetoida.

zobacz więcej

Białka odpadają całkowicie jako molekuły źródłowe. Na ogół, by działać, muszą się składać co najmniej z kilkunastu różnych aminokwasów – to najprostsze białkowe cegiełki strukturalne. Tych cegiełek zaś znamy ponad 20 różnych, a w świecie bakterii nawet więcej. Białka mają wprawdzie fantastyczną cechę – potrafią katalizować reakcje chemiczne. Czyli ułatwiać, a nawet umożliwiać ich zachodzenie. Poza tym jednak białka nie są w stanie przekazywać informacji o dziedziczeniu. Czyli nie istnieją z pokolenia na pokolenie, o ile informacja o ich sekwencji – kolejności cegiełek – nie zostanie zapisana w jakiejś innej matrycy.

Istnieje tu wyjątek prionów, np. tych, które wywołały epidemię choroby szalonych krów. Te drobne białka o niezmiernej wytrzymałości na zniszczenie (np. podniesiona temperaturą, która zwykłe białka ścina, jak jajko) są zdolne odkształcić inne białka – nazwijmy je „zdrowymi” wariantami „chorych” prionów - na swoja modłę. Ale to nie jest realne przechowywanie informacji, jej dziedziczenie i przekazywanie, tylko dość banalna w swym mechanizmie i tragiczna w swych skutkach infekcja.

DNA też kiepsko może spełniać tę rolę. Potrzebuje wprawdzie tylko 4 cegiełek strukturalnych, ale nie ma żadnej zdolności katalizowania reakcji chemicznych. Ani żadnego samodzielnego działania. Jest wprawdzie odporny na zniszczenie, dzięki czemu dziś można badać DNA ze szczątków sprzed nawet kilkudziesięciu tys. lat. To zatem rodzaj biblioteki, pełnej fantastycznych tytułów, ale zamkniętej na klucz. Raczej magazynuje sens życia, przepis na nie, niż jest jego istotą.

Na szczęście DNA ma bliskiego i niezmiernie interesującego kuzyna – jednoniciowy kwas rybonukleinowy, czyli RNA. RNA jest jak reklamowane częstokroć „produkty 2 w 1”. Potrafi zarówno zmagazynować informację genetyczną, jak i katalizować reakcje chemiczne. I to bardzo szczególne – reakcje powstawania białek. Jest jednak na ogół znacznie mniej od DNA odporny na czynniki środowiskowe, znacznie mniej trwały. Kto jednak zaprzeczy, że życie, zwłaszcza na początku, jest raczej fenomenem ulotnym?

Biliardy ton diamentów pod ziemią. „Wcale nie są takie rzadkie”

Najtwardszy i najbardziej drogocenny kamień naturalny na świecie jest dość powszechny w skorupie ziemskiej. Najnowsze badania wskazują, że minerał...

zobacz więcej

Dziś Thomas Carell z Uniwersytetu Monachijskiego (Niemcy) obwieszcza, że ciągiem kilku prostych i zdolnych przebiegać często obok siebie reakcji, jest w stanie uzyskać wszystkie cztery cegiełki budujące strukturę RNA. Zwane są one nukleotydami: adeniną, guaniną, cytozyną i uracylem. Inni naukowcy w ciągu wielu poprzedzających lat ustalili, że z pierwotnie dostępnych tlenu, azotu, metanu, amoniaku, wody i cyjanowodoru daje się uzyskać chemicznie bardziej złożone związki.

Te właśnie, a dokładnie: cyjanoacetylen i hydroksyloamina, mocznik, cukier - ryboza, związki zawierające siarkę zwane tiolami i śladowe ilości soli żelaza lub niklu, jako chemiczne katalizatory, wykorzystał do swego odkrycia Thomas Carell i jego laboratoryjni koledzy. Wrzuciwszy to wszystko niczym magik do cylindra, wyciągnął za uszy królika, czyli wszystkie elementy, z których powstaje RNA.

Tak nie musiały, ale bardzo prawdopodobnie mogły wyglądać początki życia na Ziemi. Początki świata RNA. Który trwa nadal w komórkach każdego z nas, w strukturach zwanych rybosomami.

źródło:
Zobacz więcej