Twoja wyszukiwarka

MAGDALENA PECUL
JAK NARODZIŁO SIĘ ŻYCIE?
Wiedza i Życie nr 9/1997
Artykuł pochodzi z "Wiedzy i Życia" nr 9/1997

Nasza planeta powstała około 4.6 mld lat temu. Najstarsze, prymitywne jednokomórkowce pojawiły się na niej niespełna miliard lat później, gdy na wystudzonej już Ziemi powstała atmosfera i oceany. Na dobrą sprawę nie wiadomo, skąd się tam wzięły. Jak z prostych nieorganicznych związków wytworzyły się biocząsteczki? Co spowodowało, że te z kolei połączyły się w długie nici biopolimerów: białek i kwasów nukleinowych? Dlaczego w końcu biopolimery zaczęły "żyć", czyli spontanicznie się powielać, a potem zorganizowały się w komórkę? Żadna z istniejących teorii nie tłumaczy zadowalająco nawet jednego z tych etapów, nie mówiąc już o wszystkich.

Widoczne pod mikroskopem kopalne cyjanobakterie sprzed 850 mln lat zachowane w australijskich czertach z Bitter Springs. Po prawej forma kolonijna chrookokowa, po lewej - nitkowata sinica Palaeolyngbya

Teoria powstania aminokwasów na drodze chemicznej z cząsteczek nieorganicznych pojawiła się już w latach trzydziestych. Starsi czytelnicy zapewne przypominają sobie ze szkoły nazwisko Aleksandra I. Oparina, rosyjskiego naukowca, który zauważył, że potrzebne do życia związki organiczne mogłyby utworzyć się, gdyby w atmosferze panowały warunki redukujące, czyli prawie nie było w niej tlenu. Teoria Oparina, tak idealnie zgodna ze światopoglądem materialistycznym, została szeroko nagłośniona. Zdobyła sobie uznanie nie tylko w ZSRR - doświadczenie potwierdzające ją przeprowadzono 20 lat później w laboratorium amerykańskim. W 1953 roku Stanley L. Miller, wówczas jeszcze student University of Chicago i prof. Harold C. Urey poddali wyładowaniom elektrycznym mieszaninę CH4, NH3, H2O i H2, otrzymując znaczną ilość najprostszego aminokwasu - glicyny, a oprócz niej jeszcze 20 pozostałych podstawowych aminokwasów.

Spektakularny pokaz Millera zrobił wielkie wrażenie, a teoria Oparina została uznana za "obowiązującą" (tak określa ją jeszcze Encyklopedia Popularna PWN z lat osiemdziesiątych). Obecnie wydaje się jednak, że pierwotna atmosfera ziemska nie była aż tak intensywnie redukująca, jak założył to Oparin. Prawdopodobnie zawierała raczej niereaktywną mieszaninę CO2, N2 i H2O. Skąd zatem aminokwasy? Niektórzy sądzą, że mogły je przynieść na Ziemię meteoryty, komety i pył międzygwiezdny. Hipoteza jest o tyle sensowna, że we wnętrzu meteorytów faktycznie znajdowano, i to niejednokrotnie, mieszaninę aminokwasów.

Załóżmy zatem, że w ten czy inny sposób mamy już te podstawowe cegiełki do budowy białek. Co dalej? Żeby otrzymać białka, tak jak to się odbywa dziś, trzeba mieć kodujące je kwasy nukleinowe. Aby z kolei dostać kwasy nukleinowe, trzeba obecności biokatalizatorów (enzymów) - niestety białek. Kółko się zamknęło.

Ten paradoks naukowcy usiłują rozwiązać na różne sposoby. Leslie E. Orgel wraz z Jackiem W. Szostakiem skoncentrowali się na kwasach nukleinowych, a konkretnie na RNA. Okazało się, że biokatalizatory nie muszą koniecznie być białkami, że można nakłonić RNA do pełnienia tej roli. Czytelników bardziej zainteresowanych tą teorią i w ogóle problemem powstania życia zachęcam do lektury "Świata Nauki" z grudnia 1994 roku. Sygnał o katalitycznych kwasach nukleinowych zamieściła też "Wiedza i Życie" w listopadzie 1995 roku.

Stromatolit - wytwór kopalnych cyjanobakterii: rozwój maty sinic powodował cykliczne nawarstwianie węglanu wapnia

Są pomysły jeszcze śmielsze. Najdalej idącym jest chyba idea Anglika A. Grahama Cairns-Smitha, która każe w ogóle zapomnieć o związkach organicznych. Pierwszymi nośnikami informacji genetycznej były według niego jony w warstwach iłów, układające się w określony i powielający się sposób. Brak jednak do tej pory potwierdzenia doświadczalnego tej hipotezy, a większość naukowców wątpi, czy kiedykolwiek o takowym usłyszymy.

Inną teorię, równie kontrowersyjną, choć nie tak rewolucyjną, lansuje od 1988 roku Günter Wächtershäuser z Monachium. On z kolei, zamiast roztrząsać problem redukującej czy utleniającej atmosfery, schodzi w głębiny oceanów. Tam, w kraterach podwodnych wulkanów lub w wylotach hydrotermalnych, powstać miały pierwsze organizmy o metabolizmie opartym na CO lub CO2. W "Science" z 11 kwietnia br. Wächtershäuser opublikował wreszcie, wraz z Claudią Huber, eksperymentalny dowód, że synteza związków organicznych z CO jest w tych warunkach możliwa.

Częstym składnikiem skał wulkanicznych jest siarczek żelaza FeS, a nieco rzadszym siarczek niklu NiS. W wyziewach wulkanicznych znajduje się tlenek żelaza CO i metanotiol CH3SH. Gdy te związki rozpuścić w gorącej wodzie i dodać trochę wspomnianych siarczków jako katalizatora, powstaje tiooctan metylu CH3COSCH3. Zachodząca reakcja jest analogiczna do jednego z podstawowych procesów biochemicznych. Mowa tu o syntezie co prawda nie białka czy kwasu nukleinowego, ale acetylokoenzymu A - kluczowego produktu przejściowego wielu reakcji w organizmach żywych.

Co więcej, w centrum aktywnym syntazy acetylokoenzymu A znajdują się grupy siarczkowe Fe4S4 lub Fe2S2, a w przypadku niektórych prymitywnych bakterii nawet Ni-Fe-S. Może zatem faktycznie pierwsze chemoautotrofy oddychały zgodnie z reakcją Huber-Wächtershäusera?

Mimo to teoria Wächtershäusera dalej nie budzi wielkiego zachwytu. Cóż... "życie jest formą istnienia białka", a gdzie w tym schemacie jest miejsce na aminokwasy, nie mówiąc już o zasadach azotowych (budulcu kwasów nukleinowych)? Na takie zarzuty Wächtershäuser odpowiada, że aminokwasy były produktem ubocznym, który dopiero później został włączony w cykl życiowy prymitywnych organizmów.

Na doniesienie o następnej teorii powstania życia nie będziemy zapewne czekać długo. Ostateczne rozwiązanie wydaje się jednak obecnie jeszcze odleglejsze niż za czasów Oparina.

Zdjęcia: Internet