Conform unei ipoteze, viața precelulară primitivă a apărut cu peste patru miliarde de ani în urmă pe pământ printre vulcani și fumarole, care asigurau toată chimia necesară pentru conservarea și nutriția sa. Acest lucru s-ar fi putut întâmpla atât pe Pământ, cât și pe Marte.
O celulă vie este un organism foarte complex care combină multe elemente, mecanisme și procese. Modul în care a fost format nu se cunoaște. Unii oameni de știință încearcă să sintetizeze o celulă în ansamblu, alții trec de la simplă la complexă, descoperind modul în care părțile sale constitutive au fost formate separat și apoi au evoluat peste miliarde de ani.
Multă vreme s-a crezut că viața își are originea în oceane, dar recent acest punct de vedere a fost criticat. Deși apa face parte din celulă, este dăunătoare pentru sinteza spontană a biomoleculelor. În plus, nu există dovezi că mările și oceanele au existat pe suprafața planetei acum mai bine de patru miliarde de ani, când, probabil, a început procesul de origine a vieții.
Chimia lumii ARN
Rolul proto-vieții este revendicat de moleculele acidului ribonucleic, ARN. Ei sunt capabili să stocheze informații, să reproducă, să sintetizeze proteine și să îndeplinească în mod independent multe funcții diferite, care într-o celulă modernă au fost adoptate de ADN, enzime și alte molecule biologice.
Moleculele de ARN sunt formate din nucleotide alternante legate de punți de oxigen. Oamenii de știință au încercat mult timp să recreeze legăturile lanțului polimeric al acestei molecule complexe, dar descoperirea a venit abia în 2009, când cercetătorii britanici Matthew Powner și John Sutherland au publicat rezultatele experimentelor privind sinteza a două nucleotide ARN - citozină și uracil. Au fost obținute în condiții de laborator din materie organică simplă și fosfat după iradierea ultravioletă.
„Au sintetizat în totalitate două nucleotide naturale. A fost o descoperire extraordinară”- spune RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, doctor în științe biologice, angajat al Institutului de Cercetări de Biologie Fizico-Chimică A. N. Belozersky, Universitatea de Stat din Lomonosov din Moscova, angajat al Departamentului de Fizică al Universității Osnabruck (Germania).
Video promotional:
Nucleotida este formată dintr-o bază azotată, grupuri de zahăr (riboză) și fosfați, atunci când este atașată la care este stocată energie. Alexander Butlerov a arătat cum se obțin amestecuri de zaharuri complexe din materia organică în 1859. Un secol și jumătate mai târziu, chimistul american Steven Benner a aflat că pentru ca această reacție să formeze selectiv riboza, este nevoie de oxid de molibden ca catalizator. În plus, pentru a stabiliza zaharurile rezultate, este nevoie de o mulțime de borate - săruri de acid boric. Benner a teoretizat că astfel de condiții chimice pot exista undeva în deșerturi, cum ar fi înălțimile uscate și bazaltice ale Marte.
„Într-adevăr, Marte și Pământul timpuriu au fost foarte asemănătoare. Poate că Marte a avut o atmosferă și mai oxidată decât Pământul antic și acolo s-au găsit depozite de borat, ceea ce sugerează o activitate geotermică de lungă durată. Jumătate din teritoriul lui Marte este compus din roci mai vechi de patru miliarde de ani, deci are sens să cauți acolo urme de viață. Din cauza tectonicii pe placi, rocile de această vârstă nu au supraviețuit pe Pământ”, explică Mulkidzhanyan.
Vulcanul Solfatara, Phlegraean Fields, Italia / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Fields Phlegraean.
Nu există viață fără lumină
Specialistul în energie celulară, Armen Mulkidzhanyan, se ocupă de mult de problema originii vieții, care are tradiții venerabile în știința sovietică și rusă. Este suficient să spunem că academicianul Alexander Oparin este considerat părintele fondator al acestei direcții științifice în întreaga lume.
Mulkidzhanyan și colegii săi au sugerat că lumina ultravioletă ar putea fi un factor cheie în selecția primelor biomolecule. Atmosfera antică nu conținea oxigen și nici ozon. El a păstrat acele biomolecule care, la început, ar putea fi pur și simplu încălzite de razele soarelui, fără a se descompune. Acest lucru este demonstrat de faptul că toate bazele naturale azotate ale ARN au această proprietate. Dar biologul crede că protoorganismele vii ar fi rezistat cu greu radiațiilor cosmice dure. Aceasta înseamnă că nu se poate pune problema livrării lor de către meteoriți de pe Marte pe Pământ.
Câmpurile geotermale care se formează în jurul vulcanilor sunt potrivite pentru originea vieții. În loc de apă, ca în ghețere, aburul scapă din izvoarele calde, saturate cu toate componentele necesare. Conține dioxid de carbon, hidrogen, amoniac, sulfuri, fosfați, molibden, borati, potasiu - și există mai mult decât sodiu. Potasiul predomină și în celulele tuturor organismelor, deoarece altfel biosinteza proteică este imposibilă. După cum au arătat Mulkidzhanyan și colegii săi, potasiul este esențial pentru funcționarea celor mai vechi proteine. Bioinformatică Evgeny Kunin a reușit să le calculeze în 2000 în timpul reconstrucției strămoșului comun al tuturor organismelor celulare - LUCA (Ultimul strămoș celular universal).
Proteinele care codifică genele LUCA folosesc de asemenea ioni de zinc ca catalizatori sau blocuri de construcție.
Sulfurile de zinc pot forma toate bacteriile. Interesant este că cristalele de sulfură de zinc și o sulfură de cadmiu similară sunt capabile să reducă dioxidul de carbon sub lumină ultravioletă la molecule organice, potențial „comestibile”. Prin urmare, primele organisme vii s-ar putea acoperi cu cristale ale acestor minerale pentru a se proteja de radiațiile ultraviolete și pentru a obține mâncare”, explică omul de știință.
Zincul este volatil, cristalizează lent și precipită, spre deosebire de fier și cupru, la periferia câmpurilor geotermale, unde nu este fierbinte.
„La periferia răcoroasă a unor astfel de câmpuri,„ inele vieții”s-ar fi putut forma în jurul izvoarelor termale fierbinți”, concluzionează cercetătorul.
Pe Terra există încă câmpuri geotermale - spre deosebire de Marte, ale căror intestine s-au răcit. Armen Mulkidzhanyan, împreună cu geochimistul Andrey Bychkov de la Universitatea de Stat din Moscova Lomonosov, au studiat condițiile chimice ale fumarolelor din apropierea vulcanului Mutnovsky din Kamchatka. Condiții similare sunt observate în Parcul Național Yellowstone din Statele Unite, în câmpurile geotermale Lardarello din Italia și Matsukawa în Japonia.
Recent, au fost descoperite urme ale unui câmp geotermic vechi de 3,5 miliarde de ani în regiunea Pilbara din Australia, același loc în care au fost găsite cele mai vechi urme de comunități vii de pe Pământ.
Tatiana Pichugina
