Ühe hüpoteesi kohaselt tekkis ürgne rakueelne elu enam kui neli miljardit aastat tagasi vulkaanide ja fumaroolide seas maal, mis andis selle säilitamiseks ja toitumiseks kogu vajaliku keemia. See võis juhtuda nii Maal kui ka Marsil.
Elav rakk on väga keeruline organism, mis ühendab paljusid elemente, mehhanisme ja protsesse. Kuidas see tekkis, pole teada. Mõned teadlased püüavad sünteesida rakku tervikuna, teised lähevad lihtsast keerukaks, nuputades, kuidas selle koostisosad moodustati eraldi ja arenesid siis miljardite aastate jooksul.
Pikka aega usuti, et elu sai alguse ookeanidest, kuid viimasel ajal on seda vaatenurka kritiseeritud. Ehkki vesi on raku osa, on see kahjulik biomolekulide spontaanseks sünteesiks. Lisaks pole mingeid tõendeid selle kohta, et mered ja ookeanid oleksid planeedi pinnal olemas olnud rohkem kui neli miljardit aastat tagasi, kui oletatavasti elu alguse protsess algas.
RNA-maailma keemia
Proto-elu rolli väidavad ribonukleiinhappe RNA molekulid. Nad on võimelised salvestama teavet, paljunema, sünteesima valke ja täitma iseseisvalt paljusid erinevaid funktsioone, mis tänapäevases rakus on võtnud DNA, ensüümid ja muud bioloogilised molekulid.
RNA molekulid koosnevad vahelduvatest nukleotiididest, mis on ühendatud hapnikusildadega. Teadlased on juba pikka aega püüdnud selle keeruka molekuli polümeeriahela lülisid taasluua, kuid läbimurre saabus alles 2009. aastal, kui Briti teadlased Matthew Powner ja John Sutherland avaldasid kahe RNA nukleotiidi - tsütosiini ja uratsiili - sünteesi katsete tulemused. Pärast ultraviolettkiirguse saamist saadi need laboritingimustes lihtsast orgaanilisest ainest ja fosfaadist.
“Nad sünteesisid täielikult kaks looduslikku nukleotiidi. See oli tohutu läbimurre,”- ütles RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, bioloogiateaduste doktor, Moskva Lomonosovi Füüsikalis-Keemilise Bioloogia Uuringute Instituudi töötaja A. N. Belozersky, Osnabrucki ülikooli (Saksamaa) füüsikaosakonna töötaja.
Reklaamvideo:
Nukleotiid koosneb lämmastiku alusest, suhkru (riboosist) ja fosfaatrühmadest, kui need on kinnitatud, millele energia salvestub. Aleksander Butlerov näitas, kuidas saada 1859. aastal orgaanilistest ainetest keeruliste suhkrute segusid. Poolteist sajandit hiljem avastas Ameerika keemik Steven Benner, et selle reaktsiooni valikuliseks moodustamiseks riboosiks on vaja katalüsaatorina molübdeenoksiidi. Saadud suhkrute stabiliseerimiseks on lisaks vaja palju boraate - boorhappe sooli. Benner teoreetiliselt väitis, et sellised keemilised tingimused võivad eksisteerida kuskil kõrbes, näiteks Marsi kuivades basaltkõrgustes.
“Tõepoolest, varane Mars ja Maa olid väga sarnased. Marsi atmosfäär võis olla veelgi enam oksüdeerunud kui muistsel Maal ja seal on leitud boraadi ladestusi, mis viitab pikaajalisele geotermilisele aktiivsusele. Pool Marsi territooriumist koosneb üle nelja miljardi aasta vanustest kivimitest, seega on mõistlik otsida seal elust jälgi. Plaaditektoonika tõttu pole selles vanuses kivimid Maal säilinud,”selgitab Mulkidzhanyan.
Solfatara vulkaan, Phlegraeani väljad, Itaalia / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegrae'i väljad.
Valguseta pole elu
Rakuenergeetika spetsialist Armen Mulkidzhanyan on pikka aega tegelenud elu päritolu probleemiga, millel on auväärsed traditsioonid nõukogude ja vene teaduses. Piisab, kui öelda, et akadeemikut Aleksander Oparinit peetakse kogu maailmas selle teadusliku suuna asutajaks.
Mulkidzhanyan ja tema kolleegid leidsid, et ultraviolettvalgus võiks olla võtmetegur esimeste biomolekulide valimisel. Iidne atmosfäär ei sisaldanud hapnikku ega osooni. See säilitas need biomolekulid, mida algul võis päikesekiirgus kuumutada lihtsalt lagunemata. Seda tõendab asjaolu, et kõigil RNA looduslikel lämmastikalustel alustel on see omadus. Kuid elavad protoorganismid poleks vaevalt talunud karmi kosmilist kiirgust, usub bioloog. See tähendab, et nende meteoriitide Marsist Maale toimetamise üle ei saa olla küsimust.
Vulkaanide ümber moodustuvad geotermilised väljad sobivad elu päritolu jaoks. Vee asemel, nagu geisrite puhul, eraldub kuumadest allikatest aur, mis on küllastunud kõigi vajalike komponentidega. See sisaldab süsinikdioksiidi, vesinikku, ammoniaaki, sulfiide, fosfaate, molübdeeni, boraate, kaaliumi - ja neid on rohkem kui naatriumi. Kaalium on ülekaalus ka kõigi organismide rakkudes, sest vastasel juhul on valkude biosüntees võimatu. Nagu Mulkidzhanyan ja tema kolleegid on näidanud, on kaalium kõige iidsemate valkude toimimiseks hädavajalik. Bioinformaatik Jevgeni Kunin suutis need arvutada 2000. aastal kõigi rakuliste organismide ühise esivanema - LUCA (viimane universaalne rakuline esivanem) rekonstrueerimise käigus.
LUCA geene kodeerivad valgud kasutavad katalüsaatoritena või ehitusplokkidena ka tsingi ioone.
“Tsinksulfiidid võivad moodustada kõiki baktereid. Huvitaval kombel on tsinksulfiidi ja sarnase kaadmiumsulfiidi kristallid võimelised redutseerima ultraviolettvalguses süsinikdioksiidi orgaanilisteks, potentsiaalselt “söödavateks” molekulideks. Seetõttu võiksid esimesed elusorganismid end katta nende mineraalide kristallidega, et kaitsta end ultraviolettkiirguse eest ja saada toitu,”selgitab teadlane.
Tsink on lenduv, kristalliseerub aeglaselt ja sadestub erinevalt rauast ja vasest geotermiliste väljade äärealadel, kus see pole kuum.
“Selliste põldude jahedatel äärealadel võisid kuumade kuumaveeallikate ümber moodustuda“eluringid”,” võtab teadlane kokku.
Geotermilised väljad on Maal endiselt olemas - erinevalt Marsist, kelle sooled on jahtunud. Armen Mulkidzhanyan uuris koos geokeemiku Andrei Bychkoviga Lomonosovi Moskva Riiklikust Ülikoolist Kamtšatka Mutnovski vulkaani lähedal fumaroolide keemilisi tingimusi. Sarnased tingimused on täheldatud Ameerika Ühendriikide Yellowstone'i rahvuspargis, Lardarello geotermilistes väljades Itaalias ja Matsukawas Jaapanis.
Hiljuti avastati Austraalia Pilbara piirkonnas, samast kohast, kus leiti vanimad jäljed Maal elavate kogukondade jälgedest, 3,5 miljardi aasta vanusest geotermilisest väljast.
Tatjana Pichugina
