Podle jedné hypotézy, primitivní precelulární život vznikl před více než čtyřmi miliardami let na souši mezi sopkami a fumaroly, které poskytovaly veškerou potřebnou chemii pro její zachování a výživu. To se mohlo stát na Zemi i na Marsu.
Živá buňka je velmi složitý organismus, který kombinuje mnoho prvků, mechanismů a procesů. Jak to vzniklo, není známo. Někteří vědci se pokoušejí syntetizovat buňku jako celek, jiní jdou od jednoduchých ke komplexním, zjišťují, jak se jednotlivé složky tvořily odděleně a poté se vyvíjely po miliardy let.
Dlouho se věřilo, že život vznikl v oceánech, ale nedávno byl tento pohled kritizován. Ačkoli je voda součástí buňky, je škodlivá pro spontánní syntézu biomolekul. Kromě toho neexistuje důkaz, že na povrchu planety existovaly moře a oceány před více než čtyřmi miliardami let, kdy se pravděpodobně začal proces původu života.
Chemie světa RNA
Role proto-life jsou nárokovány molekulami ribonukleové kyseliny, RNA. Jsou schopni ukládat informace, reprodukovat, syntetizovat proteiny a samostatně vykonávat mnoho různých funkcí, které byly v moderní buňce adoptovány DNA, enzymy a dalšími biologickými molekulami.
Molekuly RNA jsou tvořeny střídavými nukleotidy spojenými kyslíkovými můstky. Vědci se již dlouho pokoušejí obnovit vazby polymerního řetězce této komplexní molekuly, ale průlom nastal až v roce 2009, kdy britští vědci Matthew Powner a John Sutherland zveřejnili výsledky experimentů na syntéze dvou RNA nukleotidů - cytosinu a uracilu. Byly získány v laboratorních podmínkách z jednoduchých organických látek a fosfátů po ultrafialovém záření.
"Syntetizovali úplně dva přírodní nukleotidy." Byl to obrovský průlom, “- říká RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, doktor biologických věd, zaměstnanec Výzkumného ústavu fyzikální a chemické biologie A. N. Belozerského, Moskevská státní univerzita v Lomonosově, zaměstnanec katedry fyziky Osnabrückovy univerzity (Německo).
Propagační video:
Nukleotid sestává z dusíkaté báze, cukru (ribózy) a fosfátových skupin, pokud jsou připojeny ke které je uložena energie. Alexander Butlerov ukázal, jak získat směsi komplexních cukrů z organické hmoty v roce 1859. O století a půl později americký chemik Steven Benner zjistil, že pro tuto reakci, aby selektivně tvořila ribózu, je jako katalyzátor potřeba oxid molybdeničitý. Kromě toho je ke stabilizaci výsledných cukrů zapotřebí mnoho borátů - solí kyseliny borité. Benner se domníval, že takové chemické podmínky mohou existovat někde v pouštích, jako jsou suché, čedičové výšky Marsu.
"Na počátku byl Mars a Země velmi podobné." Mars mohl mít ještě více oxidovanou atmosféru než starověká Země a nalezly se zde boritanová ložiska, což naznačuje dlouhodobou geotermální aktivitu. Polovinu území Marsu tvoří skály starší než čtyři miliardy let, takže má smysl hledat tam stopy života. Díky talektonické tektonice horniny tohoto věku na Zemi nepřežily, “vysvětluje Mulkidzhanyan.
Solfatara sopka, Phlegraean Fields, Itálie / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Bez světla neexistuje život
Specialista na buněčnou energii Armen Mulkidzhanyan se dlouhodobě zabývá problémem původu života, který má ctihodné tradice v sovětské a ruské vědě. Stačí říci, že akademik Alexander Oparin je považován za zakladatele tohoto vědeckého směru po celém světě.
Mulkidzhanyan a jeho kolegové navrhli, že ultrafialové světlo by mohlo být klíčovým faktorem při výběru prvních biomolekul. Starověká atmosféra neobsahovala ani kyslík, ani ozon. Zachoval si ty biomolekuly, které se zpočátku mohly jednoduše sluneční paprsky zahřívat, aniž by se rozpadly. Důkazem toho je skutečnost, že všechny přirozené dusíkaté báze RNA mají tuto vlastnost. Biologové se však domnívají, že živé protoorganismy by sotva snášely tvrdé kosmické záření. To znamená, že není možné pochybovat o jejich dodávce z meteoritů z Marsu na Zemi.
Geotermální pole, která se tvoří kolem sopek, jsou vhodná pro původ života. Místo vody, jako v gejzírech, z horkých pramenů uniká pára, nasycená všemi potřebnými komponenty. Obsahuje oxid uhličitý, vodík, amoniak, sulfidy, fosfáty, molybden, boritany, draslík - a je jich více než sodík. Draslík také převládá v buňkách všech organismů, protože jinak není možná biosyntéza proteinu. Jak ukázal Mulkidzhanyan a jeho kolegové, draslík je nezbytný pro fungování nejstarších bílkovin. Bioinformatika Evgeny Kuninová je dokázala spočítat v roce 2000 při rekonstrukci společného předka všech buněčných organismů - LUCA (Poslední univerzální buněčný předek).
Proteiny, které kódují geny LUCA, také používají zinkové ionty jako katalyzátory nebo stavební bloky.
„Sulfidy zinku mohou tvořit všechny bakterie. Je zajímavé, že krystaly sulfidu zinečnatého a podobného sulfidu kadmia jsou schopné redukovat oxid uhličitý za ultrafialového světla na organické, potenciálně „jedlé“molekuly. Proto se první živé organismy mohly zakrýt krystaly těchto minerálů, aby se chránily před ultrafialovým zářením a dostaly jídlo, “vysvětluje vědec.
Zinek je těkavý, na rozdíl od železa a mědi, na okraji geotermálních polí, kde není horký, pomalu krystalizuje a precipituje.
"Na chladném okraji takových polí se kolem horkých termálních pramenů mohly tvořit" prsteny života ", uzavírá výzkumník.
Geotermální pole na Zemi stále existují - na rozdíl od Marsu, jehož střeva se ochladila. Armen Mulkidzhanyan spolu s geochemikem Andrejem Bychkovem z Moskevské státní univerzity v Lomonosově studovali chemické podmínky fumarolů poblíž sopky Mutnovsky v Kamčatce. Podobné podmínky jsou pozorovány v Yellowstonském národním parku ve Spojených státech, v geotermálních polích Lardarello v Itálii a Matsukawa v Japonsku.
Nedávno byly v australském regionu Pilbara objeveny stopy 3,5 miliardy letého geotermálního pole, stejného místa, kde byly nalezeny nejstarší stopy živých komunit na Zemi.
Tatiana Pichugina