CP v2

Tag: Gyvybės kilmė

  • Mokslininkai aptiko keistą cheminį ratą: jis galėjo išgelbėti RNR cukrų ir užvesti gyvybę

    Mokslininkai aptiko keistą cheminį ratą: jis galėjo išgelbėti RNR cukrų ir užvesti gyvybę

    Naujas tyrimas kelia intriguojančią hipotezę apie tai, kaip Žemėje galėjo išlikti vienas trapiausių gyvybei būtinų junginių – ribozė. Šis cukrus sudaro RNR pagrindą, o be RNR grandinių sunku paaiškinti ankstyvą genetinės informacijos perdavimą.

    Ribozė laboratorinėmis ir natūraliomis sąlygomis lengvai skyla, ypač veikiama šilumos ir šarminės terpės, todėl ilgą laiką buvo laikoma silpnąja grandimi gyvybės kilmės scenarijuose. Mokslininkai ieškojo mechanizmo, kuris leistų ribozei stabilizuotis pakankamai ilgai, kad ji galėtų dalyvauti tolesnėse reakcijose.

    Ribozės ir boro sąjunga

    Australijos Naujojo Pietų Velso universiteto tyrėjai žurnale Scientific Reports paskelbė rezultatus, rodančius, kad ribozė gali sudaryti stabilias sąsajas su boru. Susidarantys kompleksai ribozę tarsi apsaugo nuo greito irimo, o pats boras tampa svarbus ankstyvoms prebiotinėms reakcijoms.

    Tyrime pabrėžiama, kad boro prieinamumas taip pat nėra savaime suprantamas. Vandenyje jis gali būti „užrakinamas“ mineraluose, ypač kai sistemoje gausu kalcio, todėl boras tampa sunkiau pasiekiamas besiformuojančioms cheminėms sistemoms.

    Keistas „gelbėjimo“ ciklas

    Komanda lygino skirtingus boro mineralus ir tikrino, kaip boras tirpsta vandenyje, kai yra ribozės ir kai jos nėra. Rezultatai parodė, kad ribozė padeda ištraukti borą į tirpalą net iš kalcio turinčių mineralų, todėl boro vandenyje gali daugėti.

    Papildomai panaudotas natūralus aukštikalnių hidroterminės sistemos mėginys iš Ladakho Indijoje, laikomas ankstyvajai Žemei artimesniu analogu nei grynos laboratorinės druskos. Į vandenį įdėjus ribozės, į tirpalą patekusio boro kiekis, lyginant su kontroliniu variantu, padidėjo maždaug 60 proc.

    Taip siūlomas savotiškas cheminis ratas: ribozė padidina ištirpusio boro kiekį, o boras savo ruožtu stabilizuoja ribozę. Teoriškai toks grįžtamasis ryšys galėjo sukurti sąlygas, kuriose RNR pirmtakai išsilaikytų pakankamai ilgai, kad pradėtų rastis sudėtingesnės savireplikacijai artimos sistemos.

    Ne viskas taip paprasta

    Tyrėjai atkreipia dėmesį į svarbią detalę: boro junginiai gali veikti dvilypiai. Viena vertus, jie stabilizuoja jau esančią ribozę, tačiau per didelė boro koncentracija gali slopinti pačios ribozės susidarymą, todėl ankstyvoje aplinkoje pusiausvyra galėjo būti kritiškai svarbi.

    Šiame kontekste kalcis įgyja netikėtą vaidmenį. Jei kalcis „per greitai“ pašalina borą iš vandens, jis atrodo kaip trukdis, bet kartu tai galėjo neleisti borui pasiekti lygio, kuriame ribozės formavimasis būtų užblokuotas, o vėliau – įsijungti stabilizavimo ciklui.

    Mokslininkai taip pat palygino ribozę su kitais cukrais, tokiais kaip gliukozė ir sacharozė. Jie taip pat didino boro tirpumą, tačiau silpniau, o tai siejama su ribozės molekuline sandara, palankesne stabiliems kompleksams susidaryti.

    Tyrimo autoriai pabrėžia platesnę žinutę: gyvybės kilmės chemijoje svarbu remtis ne vien idealiai švariomis laboratorinėmis medžiagomis, bet ir natūraliais mineralais bei realistiškomis aplinkomis. Tokie darbai prisideda prie vadinamosios RNR pasaulio hipotezės diskusijų, aiškinančių, kaip chemija galėjo pereiti į biologiją.

  • Mokslininkas meta bombą: dėl gyvybės pradžios klydome – ne ten jos ieškome beveik 50 metų

    Mokslininkas meta bombą: dėl gyvybės pradžios klydome – ne ten jos ieškome beveik 50 metų

    Kodėl suabejota povandeninių versmių idėja

    Gyvybės Žemėje pradžia dažniausiai aiškinama dviem kryptimis: šiltais, mineralais turtingais telkiniais sausumoje arba giliavandenėmis hidroterminėmis versmėmis. Pastaroji hipotezė dešimtmečius buvo viena populiariausių, nes 1970-aisiais atradus versmes paaiškėjo, kad net ir tamsiose gelmėse knibžda gyvybė.

    Tačiau Kalgario universiteto geochemikas Benjaminas Tutolo teigia, kad ši istorija gali būti pernelyg patogi. Jo analizė, publikuota recenzuojamame mokslo leidinyje, siūlo iš esmės peržiūrėti, kiek realistiška, kad pirmosios gyvos sistemos galėjo susiformuoti būtent tokiuose gelmių „reaktoriuose“.

    „Hidroterminių versmių hipotezės taip įsišaknijo, kad daugelis jų net nebekvestionuoja“, – sakė Benjaminas Tutolo.

    Kas nebesutampa su naujesniais duomenimis

    Pagrindinis Tutolo argumentas susijęs su chemija: tam tikros versmių kilmės gyvybės schemos rėmėsi prielaidomis, kurios, anot jo, nebeatitinka sukauptų geocheminių duomenų. Pavyzdžiui, dalis modelių didelį vaidmenį priskiria sulfido mineralams ir sieros junginiams, tačiau ankstyvųjų vandenynų ir šarminių versmių aplinka, kaip pabrėžiama, galėjo būti daug skurdesnė sieros atžvilgiu nei manyta anksčiau.

    Kita kritinė grandis yra vadinamasis protonų gradientas, dažnai apibūdinamas kaip natūrali cheminė baterija, kuri galėjo „maitinti“ pirmąsias reakcijų grandines. Autorius akcentuoja, kad realiomis versmių sąlygomis, esant dideliam slėgiui ir temperatūrai, šarmingumas gali būti mažesnis, nei rodo matavimai, atlikti skysčiams jau atvėsus ir pakilus į paviršių.

    „Šios problemos tokios fundamentalios, kad versmių hipotezes reikia grąžinti prie braižymo lentos“, – sakė Benjaminas Tutolo.

    Lost City pamoka ir kodėl hipotezė išsilaikė

    Šarminių versmių idėja ypač sustiprėjo po 2000 metais aptikto Lost City hidroterminio lauko Atlanto vandenyne. Karbonatiniai „kaminai“ ir vandeniliu praturtinta aplinka atrodė kaip ideali scena ankstyvajai cheminei evoliucijai, todėl tai tapo savotišku argumentu „už“ visai hipotezių šeimai.

    Vis dėlto Tutolo pabrėžia, kad detalesnės sistemos cheminės charakteristikos buvo aprašytos palaipsniui, o teoriniai modeliai tuo metu evoliucionavo greičiau nei juos galėjo patikrinti faktai. Dėl to dalis prielaidų, kurios patogiai įsitvirtino populiariuose aiškinimuose, galėjo nutolti nuo realistiškų ankstyvosios Žemės sąlygų.

    Kur gyvybė galėjo rastis lengviau

    Alternatyva, kurią autorius laiko labiau tikėtina, yra seklūs telkiniai sausumoje, pavyzdžiui, garuojantys tvenkiniai ar ežerai. Tokiose vietose cikliškas išdžiūvimas ir vėl prisipildymas galėjo natūraliai koncentruoti organines medžiagas, o tai yra svarbi sąlyga, kai kalbama apie sudėtingesnių molekulių, įskaitant RNR pirmtakus, formavimąsi.

    Ši diskusija svarbi ir už Žemės ribų: jei versmių scenarijus iš tiesų pervertintas, vien tik hidroterminių požymių paieška Marse ar lediniuose palydovuose nebūtinai yra trumpiausias kelias į gyvybės pėdsakus. Kita vertus, telkinių, galinčių periodiškai garuoti ir vėl prisipildyti, analogų teoriškai gali būti ir kitų dangaus kūnų paviršiuose.

    „Tai nereiškia, kad gyvybė negalėjo atsirasti kitur, tačiau turime būti atsargesni su pernelyg optimistinėmis prielaidomis“, – sakė Benjaminas Tutolo.