Το παζλ της προέλευσης της ζωής
Μικροσκοπικά ορυκτά μπορεί να βοήθησαν στη μετατροπή της χημείας της Γης σε ζωή.
Μέσα σε κάθε κύτταρο, τα ένζυμα επιτελούν την ήσυχη, συνεχή εργασία επιτάχυνσης της χημείας της ζωής. Συνθέτουν πρωτεΐνες και αντιγράφουν το DNA, διατηρώντας ολόκληρο τον μηχανισμό σε λειτουργία. Τα θεωρούμε αυστηρά βιολογικά εργαλεία.
Αλλά πολύ πριν υπάρξει το πρώτο κύτταρο, ο πρώιμος πλανήτης μπορεί να είχε εφαρμόσει μια ακατέργαστη εκδοχή του ίδιου κόλπου. Καθόλου με ζωντανή ύλη. Με βράχο.
Το παζλ της προέλευσης της ζωής
Το πώς προέκυψε η ζωή από την άβια χημεία είναι ένα από τα παλαιότερα άλυτα ερωτήματα της επιστήμης. Οι ερευνητές έχουν διατυπώσει δεκάδες ιδέες τον τελευταίο αιώνα, καθεμία από τις οποίες εξηγεί ένα κομμάτι της ιστορίας ενώ αφήνει τα υπόλοιπα σκοτεινά.
Αυτή η διάσπαρτη εικόνα ενόχλησε τον καθηγητή Yongdong Jin της Σχολής Βιοϊατρικής Μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Shenzhen ( SZU ) στην Κίνα.
Χρόνια μελέτης νανοσωματιδίων που έχουν κατασκευαστεί σε εργαστήριο και δρουν σαν ένζυμα τον έπεισαν ότι το ίδιο είδος σωματιδίου είχε παραλειφθεί από την ιστορία προέλευσης.
Η απάντησή του είναι μια ενιαία ιδέα που έχει ως στόχο να συγκεντρώσει τις ανταγωνιστικές θεωρίες κάτω από μια ενιαία στέγη. Δίνει σε μικροσκοπικά ορυκτά σωματίδια πρωταγωνιστικό ρόλο στο πώς η άψυχη χημεία εισήλθε αργά στα ζωντανά συστήματα.
Βράχοι που κάνουν ενζυμική εργασία
Ορισμένα ορυκτά επιτελούν ήδη τη δουλειά ενός ενζύμου. Αλεσμένες σε κηλίδες που μετρώνται σε δισεκατομμυριοστά της ίντσας, ορισμένες ενώσεις σιδήρου και ψευδαργύρου επιταχύνουν τις αντιδράσεις με τον τρόπο που το κάνουν οι ζωντανοί καταλύτες. Οι ερευνητές τις ονομάζουν νανοένζυμα.
Μια κηλίδα οξειδίου του σιδήρου, η ίδια ουσία με τη σκουριά, μπορεί να διασπάσει το υπεροξείδιο του υδρογόνου σε νερό και οξυγόνο. Αυτή είναι ακριβώς η δουλειά που τα κύτταρά σας αναθέτουν σε ένα ένζυμο.
Δισεκατομμύρια τόνοι αυτών των ορυκτών εξακολουθούν να κυκλοφορούν στον πλανήτη σήμερα, και στην πρώιμη Γη, τα ηφαίστεια παρήγαγαν πολύ περισσότερα.
Ο Jin υποστηρίζει ότι αυτές οι κηλίδες έκαναν περισσότερες από μία λειτουργίες. Οι επιφάνειές τους μπορούσαν να συγκεντρώσουν και να συλλάβουν χαλαρά μόρια.
Αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν επίσης να προστατεύσουν την εύθραυστη χημική δομή από την έντονη ακτινοβολία και να κατευθύνουν την ενέργεια που χρειάζεται μια εκκολαπτόμενη μορφή ζωής για να παραμείνει οργανωμένη.
Φως στην ζωντανή ύλη
Αυτό που ο Jin θεωρεί ως το βασικό βήμα είναι μια μορφή φωτοσύνθεσης που βασίζεται σε ορυκτά. Χρησιμοποιώντας το ηλιακό φως, τα σωματίδια θα μπορούσαν να διασπάσουν το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε οξυγόνο και απλά μόρια άνθρακα.
Σε ένα αδιανόητο χρονικό διάστημα, αυτή η αργή αντίδραση θα μπορούσε να έχει κάνει δύο λειτουργίες ταυτόχρονα. Θα μπορούσε να έχει εμπλουτίσει τον αέρα με οξυγόνο, παρέχοντας παράλληλα μια σταθερή πηγή άνθρακα για την πρώιμη ζωή.
Τα πειράματα δείχνουν συνεχώς πόσο εύκολα η χημεία του άψυχου κόσμου φτιάχνει τα συστατικά της ζωής.
Σε ένα πείραμα , οι ερευνητές ψέκασαν απλό νερό σε αέρια όπως αυτά στον νεαρό πλανήτη. Σπίθες μέσα στην ομίχλη έκαναν τα υπόλοιπα. Τα μόρια που σχηματίστηκαν περιελάμβαναν γλυκίνη και ουρακίλη, μικρά κομμάτια πρωτεϊνών και RNA αντίστοιχα.
Ο χρυσός μπαίνει στην ιστορία
Ανάμεσα σε όλους αυτούς τους ορυκτούς βοηθούς, ο Jin ξεχωρίζει ένα απίθανο αστέρι. Υποστηρίζει ότι τα νανοσωματίδια χρυσού, που συνήθως αντιμετωπίζονται ως μια σύγχρονη εργαστηριακή εφεύρεση, λειτουργούσαν αθόρυβα και στον νεαρό πλανήτη.
Τα φυσικά νανοσωματίδια χρυσού πράγματι εμφανίζονται στον φλοιό του πλανήτη, σε θερμά ορυκτά υγρά και στα κοιτάσματα χρυσού που σκάβουν οι ανθρακωρύχοι σήμερα. Μόνα τους, διαλύονται γρήγορα, αλλά επικαλυμμένα με μόρια πλούσια σε θείο, συγκρατούνται και συμμετέχουν σε πολλές αντιδράσεις.
Αυτή η σταθερότητα μετρούσε πολύ, υποστηρίζει ο Jin. Με τα μόρια να προσκολλώνται στην επιφάνειά του, ο χρυσός θα μπορούσε να τα αφήσει να παρασυρθούν και να αντιδράσουν, παρακινώντας τα προς την αντίστοιχη «χειρότητα» που μοιράζεται κάθε μόριο στη ζωή.
Αποκαλεί αυτό το χρυσό κεφάλαιο «κόσμο Au», από το χημικό σύμβολο του χρυσού.
Όπου η ζωή κυριάρχησε
Η κατασκευή των εξαρτημάτων είναι μόνο η μισή λύση. Η ζωή χρειάζεται επίσης τη σωστή διεύθυνση, ένα μέρος όπου αυτά τα εξαρτήματα μπορούν να συσσωρευτούν και να αντιδράσουν χωρίς να παρασυρθούν.
Το νερό αποτελεί ένα παράδοξο. Η ζωή εξαρτάται από αυτό, όμως η υπερβολική ποσότητα διαλύει τις ευαίσθητες αλυσίδες από τις οποίες αποτελούνται οι πρωτεΐνες και το RNA.
Αυτό χώρισε τους ερευνητές σε δύο στρατόπεδα: υδροθερμικές πηγές βαθέων υδάτων σε ρηχές λίμνες στην ξηρά. Η ιδέα του Jin προσφέρει μια ανακωχή.
Τα ορυκτά σωματίδια, υποστηρίζει, σχηματίστηκαν στις θερμές οπές από κάτω. Αλλά η πραγματική τους δουλειά συνέβαινε αλλού. Στις παρυφές θερμών λιμνών που στέγνωναν και ξαναγέμιζαν.
Εργαστηριακές εργασίες υποστηρίζουν αυτόν τον ρυθμό, και μια μελέτη διαπίστωσε ότι η θερμότητα που κινείται μέσα από ραγισμένο βράχο μπορεί να συγκεντρώσει τα ακατέργαστα συστατικά για τη ζωή χίλιες φορές.
Σπάζοντας το αδιέξοδο
Ένα αίνιγμα ταλανίζει την έρευνα για την προέλευση της ζωής εδώ και δεκαετίες. Το DNA φέρει τις οδηγίες για την κατασκευή πρωτεϊνών, ωστόσο τα κύτταρα χρειάζονται πρωτεΐνες για να αντιγράψουν το DNA. Κανένα από τα δύο δεν λειτουργεί χωρίς το άλλο, μια παγίδα τύπου «κότας και αυγού» χωρίς προφανές σημείο εκκίνησης.
Οι περισσότερες θεωρίες προσπαθούν να αναδείξουν έναν νικητή. Η θεωρία του Jin κάνει κάτι διαφορετικό. Επειδή τόσα πολλά διαφορετικά ορυκτά σωματίδια θα λειτουργούσαν ταυτόχρονα, υποστηρίζει, οι πρωτεΐνες, το DNA και το RNA θα μπορούσαν να έχουν προκύψει μαζί, όχι το ένα μετά το άλλο.
Αυτός ο ισχυρισμός βασίζεται σε πρόσφατη χημεία που θολώνει τα παλιά όρια. Μέχρι πρόσφατα, το RNA και οι πρωτεΐνες αντιμετωπίζονταν ως ξεχωριστές ιστορίες προέλευσης, αλλά μια μελέτη έδειξε ότι το RNA μπορεί να ενώσει μικρά κομμάτια πρωτεΐνης, υπονοώντας ότι τα δύο ήταν συνδεδεμένα από την αρχή.
Αναδιαμορφώνοντας την προέλευση της ζωής
Η δύναμη της ιδέας του Jin δεν έγκειται σε ένα μόνο πείραμα, αλλά στον τρόπο με τον οποίο συνδυάζει όλα τα άλλα ταυτόχρονα. Η υπόθεσή του αντιμετωπίζει τις ανταγωνιστικές θεωρίες ως μέρη μιας ιστορίας που βασίζεται στα ορυκτά.
Αν έχει δίκιο, η αναζήτηση της προέλευσης της ζωής αποκτά έναν σαφή νέο στόχο. Οι ερευνητές μπορούν να ελέγξουν αν συγκεκριμένα ορυκτά σωματίδια βοηθούν πραγματικά στην κατασκευή αυτών των μορίων και να αναζητήσουν ίχνη τους που εξακολουθούν να υπάρχουν μέσα στα ζωντανά κύτταρα.
Για ένα ερώτημα που έχει αντισταθεί σε απαντήσεις για έναν αιώνα, αυτή είναι μια πραγματική αλλαγή άποψης. Η πρώτη σπίθα της ζωής μπορεί να ήταν λιγότερο ένα τυχερό ατύχημα και περισσότερο το υπομονετικό έργο των πιο ταπεινών κόκκων βράχου.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο Research .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα earth.com
περισσότερα,
On the Origin of Life on Earth: The Nanozymes Hypothesis, and More- Yongdong Jin
https://spj.science.org/doi/10.34133/research.1025
https://www.earth.com/news/tiny-minerals-may-have-helped-switch-earths-chemistry-into-life/
