Saskaņā ar vienu hipotēzi primitīva pirmsdzemdību dzīve radās vairāk nekā pirms četriem miljardiem gadu uz sauszemes starp vulkāniem un fumaroļiem, kas nodrošināja visu nepieciešamo ķīmiju tā saglabāšanai un uzturu. Tas varēja notikt gan uz Zemes, gan uz Marsa.
Dzīva šūna ir ļoti sarežģīts organisms, kas apvieno daudzus elementus, mehānismus un procesus. Kā tas izveidojās, nav zināms. Daži zinātnieki mēģina sintezēt šūnu kopumā, citi pāriet no vienkāršas uz sarežģītu, izdomājot, kā tās sastāvdaļas tika veidotas atsevišķi un pēc tam attīstījās miljardu gadu laikā.
Ilgu laiku tika uzskatīts, ka dzīvības cēlonis ir okeāni, taču pēdējā laikā šis viedoklis tiek kritizēts. Lai arī ūdens ir šūnas sastāvdaļa, tas ir kaitīgs spontānai biomolekulu sintēzei. Turklāt nekas neliecina, ka jūras un okeāni uz planētas virsmas pastāvēja vairāk nekā pirms četriem miljardiem gadu, kad, domājams, sākās dzīvības izcelsmes process.
RNS pasaules ķīmija
Proto-dzīves lomu apgalvo ribonukleīnskābes molekulas - RNS. Viņi spēj uzglabāt informāciju, reproducēt, sintezēt olbaltumvielas un patstāvīgi veikt daudzas dažādas funkcijas, kuras mūsdienu šūnā ir pieņēmušas DNS, fermenti un citas bioloģiskās molekulas.
RNS molekulas sastāv no mainīgiem nukleotīdiem, kurus savieno skābekļa tilti. Zinātnieki jau sen ir mēģinājuši atjaunot šīs sarežģītās molekulas polimēru ķēdes saites, taču izrāviens notika tikai 2009. gadā, kad britu pētnieki Metjū Poveners un Džons Sutherlands publicēja divu RNS nukleotīdu - citozīna un uracila - sintēzes eksperimentu rezultātus. Pēc ultravioletā starojuma tos ieguva laboratorijas apstākļos no vienkāršām organiskām vielām un fosfātiem.
“Viņi pilnībā sintezēja divus dabiskos nukleotīdus. Tas bija milzīgs izrāviens,”- saka RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, Bioloģijas zinātņu doktors, Maskavas Lomonosova Lomonosova Fizikāli ķīmiskās bioloģijas pētniecības institūta A. N. Belozersky darbinieks, Osnabrukas Universitātes (Vācija) Fizikas nodaļas darbinieks.
Reklāmas video:
Nukleotīds sastāv no slāpekļa bāzes, cukura (ribozes) un fosfātu grupām, kad tās ir piestiprinātas, pie kurām tiek uzkrāta enerģija. Aleksandrs Butlerovs parādīja, kā no organiskām vielām iegūt sarežģītu cukuru maisījumus 1859. gadā. Pusotru gadsimtu vēlāk amerikāņu ķīmiķis Stīvens Benners uzzināja, ka, lai šī reakcija selektīvi veidotu ribozi, kā katalizators nepieciešams molibdēna oksīds. Turklāt iegūto cukuru stabilizēšanai nepieciešami daudz borātu - borskābes sāļu. Benners teorēja, ka šādi ķīmiskie apstākļi varētu pastāvēt kaut kur tuksnešos, piemēram, sausajā, Marsa bazalta augstumā.
“Patiešām, agrīnais Marss un Zeme bija ļoti līdzīgi. Iespējams, ka Marsam bija vēl oksidētāka atmosfēra nekā senajai Zemei, un tur ir atrastas borātu nogulsnes, kas liecina par ilgstošu ģeotermisko aktivitāti. Pusi no Marsa teritorijas veido ieži, kas vecāki par četriem miljardiem gadu, tāpēc ir jēga tur meklēt dzīvības pēdas. Plakanās tektonikas dēļ šī laikmeta ieži nav saglabājušies uz Zemes,”skaidro Mulkidzhanjans.
Solfatara vulkāns, Phlegraean Fields, Itālija / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Nav gaismas bez gaismas
Šūnu enerģijas speciālists Armens Mulkidzhanjans jau sen nodarbojas ar dzīvības izcelsmes problēmu, kurai padomju un krievu zinātnē ir godājamas tradīcijas. Pietiek pateikt, ka akadēmiķis Aleksandrs Oparins tiek uzskatīts par šī zinātniskā virziena dibinātāju visā pasaulē.
Mulkidzhanjans un kolēģi ierosināja, ka ultravioletā gaisma varētu būt galvenais faktors, izvēloties pirmās biomolekulas. Senā atmosfēra nesaturēja ne skābekli, ne ozonu. Tas saglabāja tās biomolekulas, kuras sākumā saules stari varēja vienkārši sildīt, nesadaloties. Par to liecina fakts, ka visām dabiskajām RNS slāpekļa bāzēm ir šī īpašība. Bet dzīvie protoorganismi diez vai būtu izturējuši skarbo kosmisko starojumu, uzskata biologs. Tas nozīmē, ka nevar būt nekādu jautājumu par to piegādi no meteorītiem no Marsa uz Zemi.
Ģeotermālie lauki, kas veidojas ap vulkāniem, ir piemēroti dzīvības sākumam. Ūdens vietā, tāpat kā geizeros, no karstajiem avotiem izplūst tvaiks, kas ir piesātināts ar visiem nepieciešamajiem komponentiem. Tas satur oglekļa dioksīdu, ūdeņradi, amonjaku, sulfīdus, fosfātus, molibdēnu, borātus, kāliju - un to ir vairāk nekā nātrija. Kālijs dominē arī visu organismu šūnās, jo citādi olbaltumvielu biosintēze nav iespējama. Kā pierādīja Mulkidzhanjans un kolēģi, kālijs ir būtisks senāko olbaltumvielu darbībai. Tos 2000. gadā aprēķināja bioinformātika Jevgeņijs Kunins visu šūnu organismu kopējā senča - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor) rekonstrukcijas laikā.
Olbaltumvielas, kas kodē LUCA gēnus, kā katalizatorus vai celtniecības blokus izmanto arī cinka jonus.
“Cinka sulfīdi var veidot visas baktērijas. Interesanti, ka cinka sulfīda un tamlīdzīga kadmija sulfīda kristāli ultravioletā gaismā spēj reducēt oglekļa dioksīdu līdz organiskām, potenciāli “ēdamām” molekulām. Tāpēc pirmie dzīvie organismi varētu sevi apklāt ar šo minerālu kristāliem, lai pasargātu sevi no ultravioletā starojuma un iegūtu pārtiku,”skaidro zinātnieks.
Cinks ir gaistošs, lēnām kristalizējas un atšķirībā no dzelzs un vara izgulsnējas ģeotermisko lauku perifērijā, kur tas nav karsts.
“Šādu lauku vēsajā perifērijā“dzīvības gredzeni”varēja veidoties ap karstiem termiskiem avotiem,” secina pētnieks.
Ģeotermiskie lauki joprojām pastāv uz Zemes - atšķirībā no Marsa, kura zarnas ir atdzisušas. Armēns Mulkidzhanjans kopā ar ģeoķīmiķi Andreju Byčkovu no Lomonosova Maskavas Valsts universitātes pētīja fumaroolu ķīmiskos apstākļus netālu no Mutnovskas vulkāna Kamčatkā. Līdzīgi apstākļi ir novērojami Jeloustonas nacionālajā parkā Amerikas Savienotajās Valstīs, Lardarello ģeotermiskajos laukos Itālijā un Matsukawa Japānā.
Nesen Austrālijas Pilbara reģionā, kur tika atrastas vecākās dzīvās kopienas uz Zemes, tika atklātas pēdas 3,5 miljardus gadu vecam ģeotermiskajam laukam.
Tatjana Pičugina