Теоријата за еволуција на Дарвин совршено објаснува како животот на Земјата еволуирал откако настанал.
Тоа е толку добро докажано во многу гранки на науката, што современите биолози едноставно го сметаат за факт.
Но, едно парче од сложувалката во приказната за животот, наречено абиогенеза, сè уште не е целосно разјаснето. Абиогенезата е името за природниот процес за настанување на живот од нежива материја како што се едноставни органски соединенија. Се верува дека се случило пред 3,8 до 4,1 милијарди години, а научниците го истражуваат преку три главни аспекти: геофизички, хемиски и биолошки.
Притоа, експериментите спроведени во лаборатории најчесто се засноваат на обид да се синтетизираат сите три. Тие главно истражуваат како настанале првите самореплицирани молекули, а денес една од главните хипотези е дека животот на Земјата потекнува од светот на молекулата на РНК (RNA world).
Новото истражување, објавено во списанието Science Advances, може да биде важен чекор во решавањето на едно од отворените прашања на абиогенезата. Во него, научниците идентификуваа протеински структури кои би можеле да играат важна улога во размената на енергија која е основа на целиот живот.
„Теоријата на А. Опарина од 1924 година за абиотичката еволуција на молекулите базирани на јаглерод во т.н. примордијална супа укажува на можен начин да се постигне целта. Сепак, еволутивниот пат на различни биогени молекули останува едно од најдлабоките неодговорени прашања во биологијата. Иако првите биолошки молекули што се самореплицираат веројатно биле каталитички фрагменти од РНК, т.н. рибозими, потребна е енергија за да се реплицираат рибозимите“, истакнуваат авторите.
Во своето истражување, авторите тргнаа од премисата дека животот каков што го знаеме зависи од собирањето, складирањето и користењето на енергијата. Во „примордијалната супа“ на древната Земја, таа енергија најверојатно доаѓала од Сонцето или од топлата внатрешност на Земјата, како топлина што продира низ хидротермалните отвори на дното на океанот.
На молекуларно ниво, употребата на енергија вклучува хемиски процеси кои вклучуваат движење на електрони од еден атом или молекула до друг. А преносот на електрони е основата на реакциите на оксидација-редукција кои се клучни за некои од основните животни функции.
Бидејќи металите се најдобри елементи за пренос на електрони, а сложените молекули се протеини кои ги регулираат повеќето биолошки процеси, истражувачите одлучија да ги комбинираат двете и да бараат протеини кои ги врзуваат металите.
Во студијата беше користен пристап со помош на компјутер за да се споредат протеините што се врзуваат за метал. Тој е дизајниран да открие одредени заеднички карактеристики кои се совпаѓаат кај сите протеини, без оглед на нивната функционалност, организмите во кои се наоѓаат или металите со кои се врзуваат.
„Видовме дека јадрата на постоечките протеини кои се врзуваат за метал се навистина слични, иако самите протеини можеби не се“, рече микробиологот Јана Бромберг од Универзитетот Рутгерс-Њу Бранзвик во Њу Џерси.
„Исто така, видовме дека протеинските јадра што врзуваат метал често се составени од повторливи подструктури, како што се Лего коцките. Интересно е што овие блокови беа пронајдени и во други протеински региони, не само во јадрата што се врзуваат за метал, и во многу други протеини кои не се разгледани во нашата студија. Нашето набљудување сугерира дека преуредувањето на овие мали градежни блокови можеби имало еден или мал број на заеднички предци и довело до појава на цела низа протеини и нивните функции кои се моментално достапни - односно на животот каков што го знаеме“, додаде таа.
Студијата, исто така, заклучува дека биолошки функционалните пептиди, помали верзии на протеини, можеби им претходеле на најраните протеини кои датираат од пред 3,8 милијарди години. Сето ова придонесува за нашето разбирање за тоа како животот првпат ја започнал својата еволуција на Земјата.
„Имаме многу малку информации за тоа како настанал животот на оваа планета, а нашата работа придонесува за претходно недостапно објаснување“, рече Бромберг.
„Ова објаснување може потенцијално да придонесе и за нашата потрага по живот на други планети и планетарни тела. Нашето откритие за специфични структурни градежни блокови е исто така веројатно релевантно за напорите во синтетичката биологија, во која научниците сакаат да реконструираат специфично активни протеини“, заклучува Бромберг.
Дамјан Фрањевиќ од Катедрата за еволуција на Природно-математичкиот факултет во Загреб вели дека научниците поминале долг пат во истражувањето на еволуцијата на пребиотиците уште од прадедото на Опарин.
„Во таа област, идејата и поимот ‘примордијална супа’ беа повеќе или помалку целосно отфрлени поради низа непремостливи проблеми што овој концепт, меѓу другото, ја претставува и заситеноста на биомолекули во таквата прасупа или во затворен систем“, вели Фрањевиќ.
„Она што го знаеме денес и на кое го базираме ‘почетокот на животот’ (jupstart of life) од пребиотскиот хемиски хаос до биолошки логос се хидротермалните извори и геохемијата на хидротермалните извори. Новата студија се занимава со обидот да се реши енергетскиот проблем на првите биохемиски или биолошки процеси преку металопротеини, односно проучување на протеините кои ги врзуваат металите за себе и реконструкција на нивното еволутивно минато. Значи, ова е еден дополнителен обид да се објасни биоенергијата на земјата. Но, има и други“, додаде тој.
Од неговото откритие, хидротермалните отвори се релевантни за концептите околу потеклото на животот. На наједноставно ниво, постојат два вида хидротермални отвори: топли со температури околу 350°C, наречени црни пушачи (black smoker), чија хемија е поттикната од магмата која се наоѓа под зоните на проширување на океанското дно, а постудено со температури од околу 50-90°C наречен „изгубен град“ (lost city), чија хемија не ја води магмата, туку процес наречен серпентинизација.
Серпентинизацијата е геохемиска реакција која произведува водород и која е активна во хидротермалните системи откако водата постои на Земјата. Неговата редуцирачка моќ е доволна за генерирање значителни количини на абиоген CH4 и кратки јаглеводородни синџири во некои хидротермални отвори што се присутни денес.
Во проучувањето на потеклото на животот, главните нерешени прашања се однесуваат на изворите на одржлива хемиска енергија и изворите на намалени јаглеродни соединенија. Геохемијата на современите хидротермални отвори обезбедува модел за нашето разбирање за тоа како таквите процеси можеле да бидат можни во зората на биохемијата.
Тој е абиоген претходник на современото микробно производство на CH4 и ацетат. Ова сугерира дека еволутивната почетна точка на микробниот метаболизам би можел да биде геохемиски процес кој ослободува енергија во кој CO2 служел како акцептор за електроните добиени од водородот формиран со серпентинизација.
Хемизмотската природа на хидротермалните системи, како што е „изгубениот град“, може да биде важна за прашањето за потеклото на животот, но исто така помага да се објасни зошто хемосимотичното спојување преку ATP-аза е универзално низ целиот микробиолошки свет. ATP-азите се класа на ензими кои го катализираат распаѓањето на ATP до ADPs и слободниот фосфат јон или инверзната реакција.
Оваа реакција ослободува енергија што ензимите главно ја користат за да предизвикаат други хемиски реакции кои инаку не би се случиле, а овој процес е широко користен во сите познати форми на живот. Со други зборови, геохемијата на хидротермалните извори беше пресликана во биохемијата и реакциите на производството на енергија на денешните ќелии“, објаснува Фрањевиќ.
