Az egyik hipotézis szerint a primitív korai élet több mint négy milliárd évvel ezelőtt keletkezett a szárazföldön a vulkánok és a fumarolok között, amely biztosítja a megőrzéséhez és táplálásához szükséges összes kémiát. Ez történhet mind a Földön, mind a Marson.
Az élő sejt egy nagyon összetett szervezet, amely számos elemet, mechanizmust és folyamatot egyesít. Hogyan alakult ki, nem ismeretes. Egyes tudósok megkísérlik a sejtek egészét szintetizálni, mások az egyszerűtől a komplexig terjednek, kitalálva, hogy annak alkotórészei külön-külön alakultak ki, majd milliárd év alatt fejlődtek ki.
Régóta azt hitték, hogy az élet az óceánokból származik, ám ezt a szempontot nemrégiben bírálták. Noha a víz a sejt része, ártalmas a biomolekulák spontán szintézisére. Ezenkívül nincs bizonyíték arra, hogy a tengerek és az óceánok léteztek volna a bolygó felszínén több mint négy milliárd évvel ezelőtt, amikor feltehetően az élet eredete megindult.
Az RNS világ kémiája
A proto-élet szerepét a ribonukleinsav, RNS molekulák állítják. Képesek információt tárolni, reprodukálni, fehérjéket szintetizálni és önállóan sokféle funkciót ellátni, amelyek egy modern sejtben átvetik a DNS-t, enzimeket és más biológiai molekulákat.
Az RNS-molekulák váltakozó nukleotidokból állnak, amelyeket oxigénhidak kapcsolnak össze. A tudósok régóta megpróbálták újra létrehozni ennek a komplex molekulanak a polimer láncát, ám az áttörés csak 2009-ben érkezett, amikor a brit kutatók, Matthew Powner és John Sutherland közzétették két RNS nukleotid - a citozin és az uracil - szintézisével végzett kísérletek eredményeit. Ezeket laboratóriumi körülmények között egyszerű szerves anyagból és foszfátból nyerték ultraibolya besugárzás után.
„Teljesen két természetes nukleotidot szintetizáltak. Óriási áttörés volt”- mondja a RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, a biológiai tudományok doktora, a Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetem A. N. Belozersky Fizikai-Vegyi Biológiai Kutató Intézetének alkalmazottja, az Osnabrucki Egyetem (Németország) Fizikai Tanszékének alkalmazottja.
Promóciós videó:
A nukleotid nitrogénbázisból, cukorból (ribóz) és foszfátcsoportokból áll, amikor kapcsolódnak az energiához. Sándor Butlerov bemutatta, hogyan lehet összetett cukrok keverékeit szerves anyagból előállítani 1859-ben. Másfél évszázaddal később, Steven Benner amerikai vegyész rájött, hogy ahhoz, hogy ez a reakció szelektíven kialakítsák a ribózot, katalizátorként molibdén-oxidra van szükség. Ezenkívül a kapott cukrok stabilizálásához sok borát - bórsav sóra van szükség. Benner elmélete szerint ezek a kémiai körülmények valamilyen sivatagban létezhetnek, mint például a Mars száraz, bazaltmagassága.
Valójában a korai Mars és a Föld nagyon hasonlóak voltak. A Marsnak esetleg még oxidáltabb légköre volt, mint az ókori Földön, és borát lerakódásokat találtak ott, ami hosszú ideje fennálló geotermikus aktivitásra utal. A Mars területének felét négymilliárd évnél régebbi sziklák alkotják, ezért érdemes ott keresni az élet nyomait. A lemeztektonika miatt az ilyen korú kőzetek nem maradtak fenn a Földön”- magyarázza Mulkidzhanyan.
Solfatara vulkán, Phlegraean mezők, Olaszország / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean mezők.
Nincs élet fény nélkül
Armen Mulkidzhanyan sejtenergia-szakember már régóta foglalkozik az élet eredetének problémájával, amelynek tiszteletbeli hagyományai vannak a szovjet és az orosz tudományban. Elegendő azt mondani, hogy Alekszandr Oparint akadémikusnak tekintik e tudományos irányítás alapító atyjának az egész világon.
Mulkidzhanyan és munkatársai szerint az ultraibolya fény kulcsfontosságú tényező lehet az első biomolekulák kiválasztásában. Az ősi légkör sem oxigént, sem ózonot nem tartalmazott. Megtartotta azokat a biomolekulákat, amelyeket először egyszerűen a nap sugarai képesek felmelegedni anélkül, hogy elbomoltak volna. Ezt bizonyítja az a tény, hogy az RNS minden természetes nitrogénbázisa rendelkezik ezzel a tulajdonsággal. Az élő protoorganizmusok azonban alig bírtak volna ellenállni a kemény kozmikus sugárzásnak - gondolja a biológus. Ez azt jelenti, hogy nem lehet szó a meteoritok által a Marsról a Földre szállításukról.
A vulkánok körül kialakuló geotermikus mezők alkalmasak az élet eredetére. A víz helyett, mint a gejzírekben, a gőz kiszivárog a forró forrásokból, minden szükséges komponenssel telítve. Szén-dioxidot, hidrogént, ammóniát, szulfidokat, foszfátokat, molibdént, borátokat, káliumot tartalmaz, és ezekben több van, mint a nátriumban. A kálium szintén dominál az összes organizmus sejtjében, mivel egyébként a fehérje bioszintézise lehetetlen. Mulkidzhanyan és munkatársai kimutatták, hogy a kálium nélkülözhetetlen a legrégibb fehérjék működéséhez. Bioinformatika Kunin Jevgenyijnek 2000-ben sikerült kiszámítania ezeket az összes sejtes organizmus közös őse - LUCA (Utolsó Universal Cellular Ancest) rekonstrukciója során.
A LUCA géneket kódoló fehérjék katalizátorként vagy építőelemként cinkionokat is használnak.
„A cink-szulfidok képezhetnek minden baktériumot. Érdekes, hogy a cink-szulfid és egy hasonló kadmium-szulfid kristályai képesek az ultraibolya fényben a szén-dioxidot szerves, potenciálisan „ehető” molekulákká redukálni. Ezért az első élő organizmusok befedhetik magukat ezeknek az ásványoknak a kristályaival, hogy megvédjék magukat az ultraibolya sugárzástól és táplálékot kapjanak”- magyarázza a tudós.
A cink illékony, lassan kristályosodik és a vas és a réz ellenére a geotermikus mezők peremén, ahol nem meleg, kicsapódik.
„Az ilyen mezők hűvös perifériáján„ életgyűrűk”alakulhatnak ki a forró hőforrások körül” - vonja le a kutató.
A geotermikus mezők továbbra is léteznek a Földön - ellentétben a Marsral, amelynek bélje lehűlt. Armen Mulkidzhanyan és a geomhemikus Andrey Bychkov a Lomonoszov Moszkvai Állami Egyetemen tanulmányozta a fumarolok kémiai körülményeit a Kamcsatkai Mutnovsky vulkán közelében. Hasonló körülmények figyelhetők meg az Egyesült Államok Yellowstone Nemzeti Parkjában, az olaszországi Lardarello geotermikus mezőkben és a japán Matsukawa-ban.
Nemrégiben ausztráliai Pilbara régióban, egy 3,5 milliárd éves geotermikus mező nyomait fedezték fel, ugyanazon a helyen, ahol a Földön élő közösségek legrégebbi nyomai találhatók.
Tatiana Pichugina