Ako stavebné kamene života prišli z vesmíru na zem ScienceBlog
The Pýtanie sa na pôvod života na zemi je jednou zo základných otázok vedy. Astronómovia z McMaster University a Max Planck Institute for Astronomy (MPIA) vypočítali koherentný scenár vzniku života na Zemi na základe astronomických, geologických, chemických a biologických modelov [1]. Dmitrij Semenov a Thomas Henning z MPIA popisujú tento scenár, v ktorom sa život formoval iba niekoľko sto miliónov rokov po ochladení zemského povrchu natoľko, aby mohla existovať tekutá voda. Základné stavebné kamene pre život sa formovali vo vesmíre počas formovania slnečnej sústavy a ukladali sa na Zemi meteoritmi v malých teplých rybníkoch. *
To, ako prvý život na Zemi vznikol asi pred štyrmi miliardami rokov, je jednou z veľkých otázok vedy. Nové výsledky výskumníkov z McMaster University (Hamilton, Kanada) a z Max Planckovho ústavu pre astronómiu naznačujú, že meteority v tom mohli hrať kľúčovú úlohu. Tieto telá pristáli v teplých malých rybníkoch na Zemi (obrázok 1) a ukladali tam organické látky, čo umožňovalo vznik života v podobe samoreplikujúcich sa molekúl RNA [1].
Závery astronómov vychádzajú z modelu, ktorý sumarizuje dnešné poznatky o formovaní planéty, geológii, chémii a biológii - výpočty, ktoré rozširujú naše vedomosti o geológii ranej Zeme, chemických podmienkach, vlastnostiach zúčastnených molekúl a astronomických informáciách o vlastnostiach Spojte navzájom meteority a medziplanetárny prach. Skutočnosť, že takáto kvantitatívna analýza je teraz možná prvýkrát, je vďaka pokroku v mnohých oblastiach: od mikrobiológie cez hľadanie exoplanét až po pozorovania planetárnych škôlok v blízkosti iných hviezd.
Asi najzaujímavejším výsledkom výpočtov je, že život pravdepodobne vznikol pomerne skoro: iba niekoľko sto miliónov rokov potom, čo sa Zem dostatočne ochladila, aby umožňovala tekutú povrchovú vodu, ako sú rybníky alebo oceány. Vtedy zasiahlo zem oveľa viac meteoritov ako dnes.
Doteraz tieto výpočty vlastne nikto nerobil. Pretože nový model obsahuje toľko výsledkov z toľkých rôznych oblastí, je úžasné, že všetko je tak súvisle prepojené. Každý krok modelu prirodzene viedol k ďalšiemu. Skutočnosť, že sa nakoniec vytvoril jasný obraz, je jasným znamením, že scenár nemôže byť taký zlý.
Aby sme pochopili pôvod života, musíme rozumieť Zemi tak, ako to bolo pred miliardami rokov. Ako ukazuje štúdia Inštitútu Maxa Plancka, astronómia predstavuje dôležitú súčasť odpovede. Podrobnosti o formovaní našej slnečnej sústavy majú priame následky na vznik života na Zemi.
Nová práca podporuje hypotézu, že život vznikol v malých teplých vodách. (Výraz „malý teplý rybník“ sa mimochodom vracia k jednej z prvých špekulácií o pôvode života: list Charlesa Darwina botanikovi Josephovi Hookerovi z roku 1871.) V cykloch, v tam, kde plytké jazierka najskôr vyschnú a potom sa znova naplnia vodou, sú chemické zložky správne koncentrované, čo spôsobuje väzby medzi nukleotidmi (stavebné prvky nukleových kyselín zložené z nukleových báz, fosfátových skupín a zvyškov cukrov; pozn. red.), a tým k tvorbe dlhších reťazcov RNA zvýhodnený. Vedcom sa podarilo preukázať, že meteority mohli transportovať dostatočné množstvo nukleových báz do tisícov takýchto rybníkov na Zemi a tým spustiť tvorbu samoreplikujúcich sa molekúl RNA aspoň v jednom z týchto rybníkov. Obrázok 2.
Na základe známych poznatkov o formovaní planéty a chémii slnečnej sústavy navrhli vedci MPIA konzistentný scenár vzniku života na Zemi. Poskytujú pravdepodobné fyzikálne a chemické informácie o podmienkach, za ktorých mohol život vzniknúť. Teraz je rad na experimentátoroch, aby zistili, ako mohol skutočne vzniknúť život za týchto veľmi špecifických raných podmienok.
Toto v žiadnom prípade nie je definitívnou odpoveďou na základnú otázku o pôvode života na Zemi, avšak v posledných desaťročiach sa objavilo niekoľko zaujímavých možných odpovedí. Teória podrobnejšie rozpracovaná v 80. rokoch predpokladá svet RNA: genetická informácia vyšších organizmov je uložená v dvojitej špirále molekúl DNA, ale existujú aj úzko súvisiace molekuly, RNA (kyselina ribonukleová), ktoré hrajú významnú úlohu v moderných bunkách . Predovšetkým katalyzujú určité chemické reakcie v bunkách a sú rovnako nevyhnutné pre prenos genetickej informácie ako pre syntézu špecifických proteínov (dekréty bunkovej vlády, takpovediac) na základe genetického kódu. Niektoré vírusy vôbec nepoužívajú DNA na ukladanie genetických informácií, namiesto toho sú všetky informácie kódované do vírusovej RNA.
[1] Ben K. D. Pearce, Ralph E. Pudritz, Dmitri Semenov, Thomas K. Henning. Pôvod sveta RNA: Osud nukleobáz v teplých jazierkach. Proc. Nat. Acad. Sci, 114, 11327 (2017). Dielo je voľne prístupné na https://arxiv.org/pdf/1710.00434.pdf.
Pred niekoľkými týždňami autori Ben KD Pearce (McMaster University), Ralph E. Pudritz (McMaster University, Max Planck Institute for Astronomy a Center for Astronomy na Heidelberg University) a Dmitri Semenov a Thomas K. Henning (obaja Max Planck -Institute of Astronomy) získal prestížnu Cozzarelliho cenu od Národnej akadémie vied USA za túto prelomovú prácu.