Enligt en hypotes uppstod primitivt pre-cellulärt liv för över fyra miljarder år sedan på land bland vulkaner och fumaroler, vilket gav all nödvändig kemi för dess bevarande och näring. Detta kunde ha hänt både på jorden och på Mars.
En levande cell är en mycket komplex organisme som kombinerar många element, mekanismer och processer. Hur det bildades är okänt. Vissa forskare försöker syntetisera en cell som helhet, andra går från enkla till komplexa och räknar ut hur dess beståndsdelar bildades separat och utvecklades sedan över miljarder år.
Under en lång tid trodde man att livet härstammade i haven, men nyligen har denna synpunkt kritiserats. Även om vatten är en del av cellen är det skadligt för den spontana syntesen av biomolekyler. Dessutom finns det inga bevis för att hav och hav fanns på planets yta för mer än fyra miljarder år sedan, när det antagligen började processen för livets ursprung.
RNA Worlds kemi
Proto-livets roll krävs av molekyler av ribonukleinsyra, RNA. De kan lagra information, reproducera, syntetisera proteiner och oberoende utföra många olika funktioner, som i en modern cell har tagit över DNA, enzymer och andra biologiska molekyler.
RNA-molekyler består av alternerande nukleotider kopplade till syrebroar. Forskare har länge försökt återskapa länkarna mellan polymerkedjan i denna komplexa molekyl, men genombrottet kom först 2009, då de brittiska forskarna Matthew Powner och John Sutherland publicerade resultaten av experiment på syntes av två RNA-nukleotider - cytosin och uracil. De erhölls under laboratoriebetingelser från enkel organisk substans och fosfat efter ultraviolett bestrålning.
”De syntetiserade två naturliga nukleotider helt. Det var ett enormt genombrott,”- säger RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, doktor i biologiska vetenskaper, anställd vid A. N. Belozerskys forskningsinstitut för fysikalisk-kemisk biologi, Lomonosov Moskva statsuniversitet, anställd vid fysikavdelningen vid Osnabruck University (Tyskland).
Kampanjvideo:
Nukleotiden består av en kvävehaltig bas, socker (ribos) och fosfatgrupper, när den är fäst vid vilken energi lagras. Alexander Butlerov visade hur man kunde få blandningar av komplexa sockerarter från organiskt material 1859. Ett och ett halvt sekel senare fick den amerikanska kemisten Steven Benner reda på att för att denna reaktion selektivt ska bilda ribos behövs molybdenoxid som katalysator. För att stabilisera de resulterande sockerarter krävs dessutom en hel del borater - borsyrasalter. Benner teoretiserade att sådana kemiska förhållanden kunde existera någonstans i öknar, såsom de torra, basalthöjderna på Mars.
”Faktiskt var tidiga Mars och Jorden väldigt lika. Mars kan ha haft en ännu mer oxiderad atmosfär än forntida Jorden, och boratavlagringar har hittats där, vilket tyder på långvarig geotermisk aktivitet. Hälften av Mars territorium består av stenar äldre än fyra miljarder år, så det är vettigt att leta efter spår av liv där. På grund av plattaktonik har stenar i denna ålder inte överlevt på jorden,”förklarar Mulkidzhanyan.
Solfatara vulkan, Phlegraean Fields, Italien / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Det finns inget liv utan ljus
Cellenergispecialisten Armen Mulkidzhanyan har länge hanterat problemet med livets ursprung, som har värdefulla traditioner i sovjetisk och rysk vetenskap. Det räcker med att säga att akademiker Alexander Oparin anses vara grundaren till denna vetenskapliga riktning över hela världen.
Mulkidzhanyan och kollegor föreslog att ultraviolett ljus skulle kunna vara en nyckelfaktor i valet av de första biomolekylerna. Den antika atmosfären innehöll varken syre eller ozon. Det behöll de biomolekyler som till en början helt enkelt kunde värmas upp av solens strålar utan att förfalla. Detta bevisas av det faktum att alla naturliga kvävebaser av RNA har denna egenskap. Men levande protoorganismer skulle knappast ha motstått den hårda kosmiska strålningen, tror biologen. Det betyder att det inte kan vara fråga om hur de levereras av meteoriter från Mars till jorden.
Geotermiska fält som bildas runt vulkaner är lämpliga för livets ursprung. I stället för vatten, som i gejsrar, rinner ånga från de varma källorna, mättade med alla nödvändiga komponenter. Den innehåller koldioxid, väte, ammoniak, sulfider, fosfater, molybden, borater, kalium - och det finns mer än natrium. Kalium dominerar också i cellerna i alla organismer, eftersom proteinbiosyntes annars inte är omöjlig. Som Mulkidzhanyan och kollegor har visat är kalium avgörande för att de mest forntida proteinerna ska fungera. Bioinformatik Evgeny Kunin lyckades beräkna dem år 2000 under rekonstruktionen av den gemensamma förfäder till alla cellulära organismer - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
Proteinerna som kodar för LUCA-generna använder också zinkjoner som katalysatorer eller byggstenar.
”Zinksulfider kan bilda alla bakterier. Intressant nog kan kristaller av zinksulfid och en liknande kadmiumsulfid reducera koldioxid under ultraviolett ljus till organiska, potentiellt "ätliga" molekyler. Därför kan de första levande organismerna täcka sig med kristaller av dessa mineraler för att skydda sig mot ultraviolett strålning och få mat,”förklarar forskaren.
Zink är flyktigt, kristalliserar långsamt och fälls ut, till skillnad från järn och koppar, vid geotermiska fält, där det inte är varmt.
"På den svala periferin av sådana fält kunde" livets ringar "ha bildats kring heta värmekällor," avslutar forskaren.
Geotermiska fält finns fortfarande på jorden - till skillnad från Mars, vars tarm har svalnat. Armen Mulkidzhanyan studerade tillsammans med geokemisten Andrey Bychkov från Lomonosov Moskva statsuniversitet de kemiska förhållandena i fumaroler nära vulkan Mutnovsky i Kamchatka. Liknande förhållanden observeras i Yellowstone National Park i USA, i Lardarello geotermiska fält i Italien och Matsukawa i Japan.
Nyligen upptäcktes spår av ett 3,5 miljarder år gammalt geotermiskt fält i Pilbara-regionen i Australien, samma plats där de äldsta spåren av levande samhällen på jorden hittades.
Tatiana Pichugina