Życie jednak nie pochodzi z kosmosu…

W 1952 roku Stanley Miller i Harold C. Urey przeprowadzili słynny już klasyczny eksperyment dotyczący początków życia na Ziemi. Symulowali w nim warunki prebiotyczne (z okresu przed powstaniem życia), aby pokazać, że możliwa w tych warunkach jest synteza związków organicznych będących materiałem budulcowym żywych organizmów. Pierwotnie sądzono, że udało im się wyprodukować pięć aminokwasów, ale nowa analiza ich danych przeprowadzona w 2008 pokazała, że w istocie w trakcie eksperymentu aminokwasów powstało 22. Eksperyment dowiódł oczywiście, że budulec naszych ciał mógł powstać spontanicznie w czysto chemicznym procesie na Ziemii ery prebiotycznej. Nie wyjaśnił jednak innego fenomenu: mianowicie, czy możliwe w takich warunkach było powstanie samoreplikujących się molekuł.

Wszystkie teorie biogenezy sprowadzają się do jednego pytania: czy możliwa była czysto chemiczna synteza kwasów nukleinowych w warunkach, jakie istniały na Ziemii 4 miliardy lat temu. Dzisiaj wiemy bowiem, że życie nie zaczęło się od spontanicznego łączenia aminokwasów w łańcuchy peptydów, a potem białek. Życie zaczęło się znacznie wcześniej, gdy na powierzchni naszej planety pojawiły się pierwsze molekuły zdolne powielać same siebie. I to synteza tych związków było jak dotąd największą tajemnicą powstania życia.

Przez ostatnie niemal pół wieku próbowano zrozumieć, jak powstało RNA. Większość modeli zakłada, że kwasy nukleinowe musiały być syntetyzowane z półproduktów: zasad azotowych, rybozy (komponenta cukrowa) i grup fosforanowych. Aby uzyskać zasady nukleinowe oraz cukier, proste związki, z których są one wytwarzane, muszą podążyć jedną z dwóch ścieżek: albo tą prowadzącą do powstania wiązań węgiel-azot (zasady azotowe) lub też tą prowadzącą do syntezy wiązań węgiel-tlen (cukry). Inkubacja formaldehydu w warunkach zasadowych daje w rezultacie mieszaninę wielu różnych cukrów. Z drugiej strony, proste związki zawierające azot (uzyskiwane z cyjanku i amoniaku) reagują między sobą dając w rezultacie oprócz zasad azotowych legiony innych związków. Jeśli w dodatku połączy się te dwie ścieżki i pozwoli wszystkim tym związkom reagować między sobą (a trudno sobie wyobrazić jakiś dobry rodzaj kontroli w prebiotycznej zupie), szybko okaże się, że co prawda udało się uzyskać półprodukty do syntezy RNA, ale stanowią one tak znikomy ułamek wszystkich produktów, że szanse na powstanie jednego nukleotydu, a co dopiero mówić o całej nici RNA, są mniejsze niż maleńkie. I tu właśnie leży pies pogrzebany. I tu też rodzą się inne teorie: jak na przykład ta mówiąca, że pierwszym samopowielającym się związkiem nie był kwas rybonukleinowy, a forma kwasu oparta na innym, prostszym cukrze – treozie – zwana TNA. Inną teorią, która jednak bardziej niż wyjaśnić problem zdaje się przesuwać go w nieco inny rejon, jest tzw. teoria panspermii, mówiąca, że życie na Ziemię przybyło z kosmosu – w postaci bakterii uwięzionych w meteorycie.

Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature 459, 239-242, ©2009
Reprinted by permission from Macmillan Publishers Ltd: Nature 459, 239-242, ©2009

Nowe światło na tę sytuację rzuca praca grupy Johna Sutherlanda z Manchesteru opublikowana zaledwie dwa tygodnie temu w magazynie Nature. Autorzy użyli dokładnie tych samych materiałów początkowych, ale przeanalizowali znacznie dokładniej warunki, w których powinna prowadzona być synteza. Gdy do mieszaniny aldehydu glikolowego oraz cyjanamidu dodali jeden ekstra składnik – fosforan – sytuacja uległa dość dramatycznej zmianie. Zamiast mieszaniny produktów, dzięki reszcie fosforanowej działającej jako bufor oraz katalizator, otrzymali związek przejściowy znany jako 2-aminooksazol (11 na ilustracji powyżej).

Grupa fosforanowa odgrywa bardzo istotną rolę w całym procesie. Działa jako bufor, działa jako katalizator, promuje rozkład produktów ubocznych, a jednocześnie chroni przed degradacją 2-aminooksazol, który później, w kilku prostych krokach może być przekształcony do cytozyny, a następnie rybocytydyny. Ostatecznie zaś fosforan bierze udział w fosforylacji nukleozydów, dając w rezultacie długo oczekiwane związki: nukleotydy, czyli cegiełki kwasów nukleinowych.

Innym ważnym spostrzeżeniem autorów, było opisanie roli promieniowania ultrafioletowego w całym procesie. Przewidzieli oni, a następnie potwierdzili doświadczalnie, że promieniowanie UV doprowadzi do przekształcenia rybocytydyny w rybourydynę, jednocześnie prowadząc do degradacji większości pozostałych produktów ubocznych.

W eleganckim eksperymencie autorzy pokazali, że nie należy się uginać pod ciężarem nieprawdopodobieństwa. Czasem wystarczy sprawdzić, czy założenia są poprawne. A wnioski są pokrzepiające: jednak życie powstało na Ziemii.

„A production of amino acids under possible primitive Earth conditions”, Stanley L. Miller, Science 117, 528-529 (15 May 1953)

„The Miller volcanic spark discharge experiment”, Adam P. Johnson, H. James Cleaves, Jason P. Dworkin, Daniel P. Glavin, Antonio Lazcano, Jeffrey L. Bada, Science322 (5900), 404 (17 Oct 2008)

„Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions”, Matthew W. Powner, Béatrice Gerland & John D. Sutherland, Nature 459, 239-242 (14 May 2009)

1 Comment

  1. Bardzo ładna „krótka historia życia” :)
    Od momentu, w którym usłyszałem o tym eksperymencie z 1952 (a było to chyba na początku szkoły średnie) zawsze chciałem go powtórzyć. Tak wyszło, że naukowo zająłem się zupełnie innymi rzeczami, ale fascynacja pozostała.
    Aż dziwne, że jeszcze nikt z wyznawców kreacjonizmu nie pokusił się o wpis na Twoim blogu, zawłaszcza pod takimi jak ten artykułami :)

    Lubię

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s