Наша геотермална прапостојбина

Средина образовања првих биомолекула коју су реконструисали хемичари сасвим одговара условима на древним геотермалним пољима. Извор: Devonaire Eye.

Средина образовања првих биомолекула коју су реконструисали хемичари сасвим одговара условима на древним геотермалним пољима. Извор: Devonaire Eye.

Руски научници су обелоданили доказе за револуционарну теорију о постанку живота на Земљи. Необична чињеница да је ћелијска цитоплазма иста код људи, биљака и бактерија, заједно са увидом да организми носе информацију не само о својим прецима него и о окружењу тих предака, даје резултат који мења сва досадашња основна уверења о пореклу живота.
Армен Мулкиџанјан: Није далеко дан када ћемо у лабораторији направити ћелије. Извор: strf.ru.

Пажњу научника су одувек окупирала питања: како и где, односно на који начин су на нашој планети настале прве ћелије које су уједно представљале и почетак живота нама данас познатих организама. Почетком 20. века био је прихваћен став да су се једноћелијски организми појавили негде у пространствима Светског океана. Међутим, овакав почетак свих почетака оповргавају нови подаци. Према речима биофизичара – сарадника Универзитета Оснабрик (Немачка) и професора Московског државног универзитета (МГУ) „М. В. Ломоносов“ Арменa Мулкиџанјана и сарадника америчког Националног центра за биотехнолошке информације (NCBI) Јевгенија Куњина – колевка живота би могла да се крије у геотермалним изворима.

Професоре Мулкиџанјан, Ви сте заслужни за једну од највећих сензација у савременој науци – то је нова теорија о постанку живота. Она у ствари руши основу свих основа. Као што знамо, до сада се сматрало, и многи научници су то прихватали као датост, да је живот настао у океану. Ви сте са друге стране указали на то да је живот могао настати негде другде, као на пример на врелим минералним изворима. Да ли бисте могли да нам то мало појасните?

Армен Мулкиџанјан: Савремени организми носе информације не само о својим прецима него и о свету у коме су обитавали ти њихови преци. Свет се временом мењао, а организми нису увек били у стању да му се прилагоде па зато има много неусаглашености између биохемије живих организама и хемије њиховог окружења.

Oрганизми носе информације не само о својим прецима него и о свету у коме су обитавали ти њихови преци.

Конкретно, хемијски састав унутарћелијске течности (цитоплазме) није нимало близак морској или слаткој води. Морска вода садржи 40 пута више јона натријума него калијума, док је унутар ћелија насупрот томе калијума много више него натријума. Пошто је тај вишак калијума унутар ћелија важан за рад многих ензима, а исто тако и за синтезу протеина, морски организми троше огромну енергију на избацивање  непотребних јона натријума.

Геотермални извор, наш рођак

Извор паре на геотермалним пољима је веома врели расол богат различитим супстанцама, који се ствара приликом проласка геотермалне течности коју загрева магма кроз слојеве стена. Током кључања расола долази до дељења на водену и гасовиту фазу које на различитим местима могу избијати на површину. У водену фазу одлазе јони хлора, док се у фази паре задржавају амонијак, водоник-сулфид и угљен-диоксид. Поред тога, у пари превасходно остају органски молекули, пре свега они који су слабо растворљиви у води. Овај феномен хемијске сепарације (раздвајања) 1960-их је на Камчатки открио совјетски вулканолог Аверјев. У чланку објављеном у званичном издању Националне академије наука САД (PNAS) Мулкиџанјан и његови коаутори наводе доказе да јони калијума пре свега одлазе у пару. На тај начин се у пари стварају сви неопходни услови за рађање живота. Геотермалних поља данас нема толико много на Земљи. Она су до сада проучена на Камчатки, у Јапану, САД и у Италији. Претпоставља се да их је на древној Земљи било много више.

Хемијски састав цитоплазме животињских ћелија утврђен је 1920-их. С обзиром да сада знамо зачуђујућу чињеницу да је хемијски састав цитоплазме приближно једнак код свих живих организама – животиња, биљака и бактерија, логично је претпоставити да је таква била и цитоплазма заједничког претка свих ћелијских организама. Према савременим схватањима, тај предак је морао да поседује мембране које пропуштају мале молекуле и јоне да би се на тај начин налазио у хемијској равнотежи са својим окружењем. Полазећи од тога, заједно са Андрејем Бичковом, геохемичарем са Московског државног универзитета „М. В. Ломоносов“, поставили смо питање: да ли на Земљи данас постоје места са хемијским саставом сличним ономе који има цитоплазма? Испоставило се да кондензат паре на геотермалним пољима на којима из земље избија врела пара, али не и вода, има састав сличан цитоплазми.

Барице које се стварају од таквог кондензата паре садрже више калијума него натријума, а уз то и високе концентрације јона прелазних метала и фосфата. Враћајући се на тему о „врелим минералним изворима“, желео бих да нагласим да у том случају кондензат паре не би могао да буде врућ. Он се брзо хлади и обично буде мало хладнији од ваздуха. То је врло важно пошто првобитни, иначе врло осетљиви организми не би могли да поднесу високе температуре.

Свет се временом мењао, а организми нису увек били у стању да му се прилагоде па зато има много неусаглашености између биохемије живих организама и хемије њиховог окружења.

Колико савременој науци јаснија схватања о постанку живота могу да допринесу? Какву практичну корист би таква сазнања могла да пруже на пример у области медицине?

A. M.: Наша истраживања ће у овом случају помоћи да разјаснимо зашто је јонска размена преко ћелијских мембрана неопходна. Уз боље разумевање својстава и услова у којима су први ћелијски организми обитавали, ми дајемо објашњење саме природе хемијског састава цитоплазме. Проблем одржавања тог сaстава је свакако за људе исто толико значајан колико и за морске организме.

С обзиром да сада знамо зачуђујућу чињеницу да је хемијски састав цитоплазме приближно једнак код свих живих организама – животиња, биљака и бактерија, логично је претпоставити да је таква била и цитоплазма заједничког претка свих ћелијских организама.

Хемијски састав крви и лимфе је сличан морској води. Пошто су наше ћелије окружене или крвљу или лимфом, њихове пумпе троше на испумпавање (избацивање) јона натријума из ћелије и на упумпавање (усвајање) јона калијума у ћелију скоро трећину енергије којом она располаже. Сада схватамо, а и за све је добро да знају – зашто у организам треба уносити мање соли, као и то зашто је корисно воће и поврће богато калијумом: на тај начин се растерећују јонске пумпе наших ћелија. За ћелије је исто тако важан и садржај других хемијских елемената. Недавна истраживања су, на пример, показала да на високу стопу смртности деце у одређеним областима централне Африке не утиче толико недостатак хране колико низак ниво цинка у земљишту па према томе и његов мањак у њиховој исхрани, тако да је на хиљаде живота могуће спасти једноставно давањем деци прилично доступних таблета са цинком.

Како се у савременој науци тумачи „постанак живота“? Да ли се појављују неке нове идеје? Када ћемо успети да добијемо коначан одговор на то питање?

Сада схватамо, а и за све је добро да знају – зашто у организам треба уносити мање соли, као и то зашто је корисно воће и поврће богато калијумом: на тај начин се растерећују јонске пумпе наших ћелија.

A. M.: На том пољу се у последњих неколико година десило много тога интересантног. Експериментална истраживања у области „постанка живота“ обично се своде на покушаје да се дође до спонтаног образовања важних молекула за живот (као што су нуклеотиди и пептиди) од простијих „градивних елемената“. Све донедавно научници су вршили своје експерименте у морској води или у њеним еквивалентима, полазећи од идеје да је живот настао у океану (за шта, узгред да напоменемо, нема никаквих доказа). Пошто такав приступ није дао посебнe резултатe, неколико група хемичара одлучило је да проблем решава на обрнут начин, наиме, покушали су да пронађу средину у којој би спонтано могли да се образују биолошки молекули. И такву средину су успели да пронађу – у питању је концентровани водени раствор формамида. Приликом његовог загревања или осветљавањем ултраљубичастим зрацима образују се биолошки молекули, па чак и њихови полимери. Молекул формамида је врло једноставан, он садржи по један атом угљеника, азота и кисеоника, као и три атома водоника – управо оне елементе од којих се састоје живи организми. Испоставило се да формамид има једну особину која би могла да узрокује његово нагомилавање у великим количинама на праисторијској Земљи. Температура кључања формамида је 200°C, према томе у сваком окружењу где је долазило до испаравања, формамид уколико је био присутан, морао је да се нагомилава. Јасно је да у океану формамид ни у којим условима не би могао да се нагомила. Из тог разлога је врло спорна претпоставка да се живот појавио у океану.

За нас је изузетно важно да геотермална пара садржи једињења која могу да образују формамид. То значи да средина образовања првих биомолекула коју су реконструисали хемичари сасвим одговара условима на древним геотермалним пољима. Испаравање геотермалног кондензата је морало пратити образовање формамида, као и нагомилавање фосфата и органских једињења на површини минерала. Због тога је сасвим логично претпоставити да се живот управо тамо појавио, а касније и први ћелијски организми. Зато са посебном пажњом пратимо истраживања у овој области.

Руски текст на сајту S&T RF.

Росијскаја газета. Сва права задржана.