Yhden hypoteesin mukaan primitiivinen esi-elämän elämä syntyi yli neljä miljardia vuotta sitten maalla tulivuorien ja fumaroolien keskuudessa, mikä tarjosi kaiken tarvittavan kemian sen säilyttämiseen ja ravitsemukseen. Tämä olisi voinut tapahtua sekä maapallolla että Marsilla.
Elävä solu on erittäin monimutkainen organismi, joka yhdistää monia elementtejä, mekanismeja ja prosesseja. Kuinka se muodostettiin, ei tiedetä. Jotkut tutkijat yrittävät syntetisoida solun kokonaisuutena, toiset siirtyvät yksinkertaisesta monimutkaiseen, selvittäen kuinka sen rakenneosat muodostuivat erikseen ja sitten kehittyivät miljardien vuosien aikana.
Kauan aikaa uskottiin, että elämä sai alkunsa valtamereistä, mutta viime aikoina tätä näkökulmaa on kritisoitu. Vaikka vesi on osa solua, se on haitallinen biomolekyylien spontaanille synteesille. Lisäksi ei ole todisteita siitä, että meriä ja valtameriä olisi ollut planeetan pinnalla yli neljä miljardia vuotta sitten, kun oletettavasti elämän alkuprosessi alkoi.
RNA-maailman kemia
Proto-elämän roolia väittävät ribonukleiinihappomolekyylit, RNA. He kykenevät tallentamaan tietoja, lisääntymään, syntetisoimaan proteiineja ja suorittamaan itsenäisesti monia erilaisia toimintoja, jotka nykyajan solussa ovat vallanneet DNA: n, entsyymit ja muut biologiset molekyylit.
RNA-molekyylit koostuvat vuorottelevista nukleotideistä, jotka on kytketty happisiltojen avulla. Tutkijat ovat pitkään yrittäneet luoda uudelleen tämän monimutkaisen molekyylin polymeeriketjun linkit, mutta läpimurto tuli vasta vuonna 2009, kun brittiläiset tutkijat Matthew Powner ja John Sutherland julkaisivat kahden RNA-nukleotidin - sytosiinin ja urasiilin synteesikokeiden tulokset. Ne saatiin laboratorio-olosuhteissa yksinkertaisesta orgaanisesta aineesta ja fosfaatista ultraviolettisäteilytyksen jälkeen.
”He syntetisoivat kaksi luonnollista nukleotidia kokonaan. Se oli valtava läpimurto , - sanoo RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, biotieteiden tohtori, Lomonosovin Moskovan osavaltion fyysisen ja kemiallisen biologian tutkimusinstituutin A. N. Belozerskyn työntekijä, Osnabruckin yliopiston (Saksa) fysiikan laitoksen työntekijä.
Mainosvideo:
Nukleotidi koostuu typpipohjaisista emäs-, sokeri- (riboosi-) ja fosfaattiryhmistä, kun ne ovat kiinnittyneet, joihin energiaa varastoidaan. Aleksanteri Butlerov osoitti, kuinka saadaan orgaanisten aineiden seoksia monimutkaisista sokereista vuonna 1859. Puolettoista vuosisataa myöhemmin amerikkalainen kemisti Steven Benner sai selville, että tämän reaktion muodostamiseksi selektiivisesti riboosia tarvitaan katalysaattorina molybdeenioksidia. Tuloksena olevien sokerien stabiloimiseksi tarvitaan lisäksi paljon boraatteja - boorihapposuoloja. Benner väitti, että sellaiset kemialliset olosuhteet voivat esiintyä jossain aavikoissa, kuten Marsin kuivissa basaltkorkeuksissa.
”Varhain Mars ja Maa olivat todellakin hyvin samanlaisia. Marsilla on saattanut olla vielä hapettunut ilmapiiri kuin muinaisella maalla, ja sieltä on löydetty boraattimateriaaleja, jotka viittaavat pitkäaikaiseen geotermiseen aktiivisuuteen. Puolet Marsin alueesta koostuu yli neljä miljardia vuotta vanhoista kivistä, joten on järkevää etsiä sieltä elämän jälkiä. Levytekniikan vuoksi tämän aikakauden kiviä ei ole säilynyt maapallolla”, Mulkidzhanyan selittää.
Solfatara-tulivuori, Phlegraean-kentät, Italia / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean-kentät.
Ei ole elämää ilman valoa
Solienergia-asiantuntija Armen Mulkidzhanyan on jo pitkään käsitellyt elämän alkuperän ongelmaa, jolla on kunnioitettavia perinteitä Neuvostoliiton ja Venäjän tieteessä. Riittää, kun sanotaan, että akateemikko Alexander Oparinia pidetään tämän tieteellisen suunnan perustajana koko maailmassa.
Mulkidzhanyan ja hänen kollegansa ehdottivat, että ultraviolettivalo voisi olla avaintekijä ensimmäisten biomolekyylien valinnassa. Muinaisessa ilmakehässä ei ollut happea eikä otsonia. Se säilytti ne biomolekyylit, jotka alun perin voitiin yksinkertaisesti kuumentaa auringonsäteillä rapistumatta. Tämän todistaa se tosiseikka, että kaikilla RNA: n luonnollisilla typpipohjaisilla emäksillä on tämä ominaisuus. Mutta elävät proto-organismit tuskin olisivat kestäneet kovaa kosmista säteilyä, biologi uskoo. Tämä tarkoittaa, että meteoriittien välityksestä Marsista maapallolle ei voi olla kysymys.
Tulivuorten ympärille muodostuvat geotermiset kentät ovat sopivia elämän alkuperään. Kuten geysyreissä, veden sijasta höyry karkaa kuumavesilähteistä, kyllästettynä kaikilla tarvittavilla komponenteilla. Se sisältää hiilidioksidia, vetyä, ammoniakkia, sulfideja, fosfaatteja, molybdeeniä, boraatteja, kaliumia - ja sitä on enemmän kuin natriumia. Kalium on myös hallitseva kaikkien organismien soluissa, koska muuten proteiinien biosynteesi on mahdotonta. Kuten Mulkidzhanyan ja hänen kollegansa ovat osoittaneet, kalium on välttämätöntä vanhimpien proteiinien toiminnalle. Bioinformatiikka Jevgeny Kunin onnistui laskemaan ne vuonna 2000 kaikkien soluorganismien yhteisen esi-isän - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor) - jälleenrakennuksen yhteydessä.
LUCA-geenejä koodaavat proteiinit käyttävät myös sinkki-ioneja katalysaattoreina tai rakennuspalikoina.
”Sinkkisulfidit voivat muodostaa kaikki bakteerit. Mielenkiintoista on, että sinkkisulfidin ja samanlaisen kadmiumsulfidin kiteet kykenevät pelkistämään hiilidioksidin ultraviolettivalossa orgaanisiksi, mahdollisesti "syötäviksi" molekyyleiksi. Siksi ensimmäiset elävät organismit voisivat peittää itsensä näiden mineraalien kiteillä suojautuakseen ultraviolettisäteilyltä ja saada ruokaa”, tutkija selittää.
Sinkki on haihtuvaa, kiteytyy hitaasti ja saostuu toisin kuin rauta ja kupari geotermisten kenttien reunalla, missä se ei ole kuuma.
"Tällaisten kenttien viileillä reuna-alueilla" elämän renkaat "olisivat voineet muodostua kuumien lämpöjousien ympärille", tutkija toteaa.
Geotermiset kentät ovat edelleen olemassa maapallolla - toisin kuin Mars, jonka suolet ovat jäähtyneet. Armen Mulkidzhanyan yhdessä geokemian Andrey Bychkovin kanssa Lomonosovin Moskovan valtion yliopistosta tutkivat fumaroolien kemiallisia olosuhteita Mutnovsky-tulivuoren lähellä Kamtšatassa. Samanlaisia olosuhteita havaitaan Yhdysvaltojen Yellowstonen kansallispuistossa, Lardarello-geotermisissä kentissä Italiassa ja Matsukawassa Japanissa.
Äskettäin Australian Pilbaran alueelta löydettiin jälkiä 3,5 miljardin vuoden vanhasta geotermisestä kentästä, samasta paikasta, josta löydettiin vanhimmat jäljet elävistä yhteisöistä maapallolla.
Tatjana Pichugina