Ponovljeni eksperiment nastanka života na Zemlji – otkriva nove mogućnosti

U filmu Frankenštajn iz 1931. godine, dr Henri Frankenštajn trijumfalno viče „Živ je! Živ je!“. Dok su udari munja i gromovi udarali na sve strane, Frankenštajnovo čudovište se uskomešalo na laboratorijskom stolu, a njegov leš je oživeo snagom struje.

Električna energija je takođe možda izazvala da na Zemlji nastane život pre nekoliko milijardi godina.

Zemlja je stara oko četiri i po milijarde godina, a najstariji direktni fosilni dokazi drevnog života – stromatoliti ili mikroskopski organizmi sačuvani u slojevima poznatim kao mikrobne prostirke – star je oko tri i po milijarde godina. Međutim, neki naučnici sumnjaju da je život nastao još ranije, iz akumuliranih organskih molekula u primitivnim nakupinama vode, mešavine koja se ponekad naziva primordijalna supa.

Ali odakle je uopšte došao taj organski materijal? Istraživači su pre nekoliko decenija predložili da je munja izazvala hemijske reakcije u okeanima drevne Zemlje i spontano proizvela organske molekule.

Sada, novo istraživanje objavljeno u časopisu Sajens advansis ukazuje da su jedva vidljive „mikromunje“, nastale između naelektrisanih kapljica vode, mogle biti dovoljno moćne da 'skuvaju' aminokiseline iz neorganskog materijala. Aminokiseline – organski molekuli koji se kombinuju da bi formirali proteine – su najosnovniji gradivni blokovi života i bili bi prvi korak ka evoluciji života.

„Naučno je prihvaćeno je da je energetski katalizator skoro sigurno bio potreban da bi se olakšale neke od reakcija na ranoj Zemlji koje su dovele do nastanka života“, objašnjava astrobiolog i geobiolog dr Ejmi Džej Vilijams, vanredna profesorka na odseku za geonauke na Univerzitetu Florida. Da bi se formirale animokiseline, potrebni su atomi azota koji se mogu povezati sa ugljenikom. Oslobađanje atoma iz azotnog gasa zahteva prekid moćnih molekularnih veza i oduzima ogromnu količinu energije, dodaje Vilijamsova, koja nije bila uključen u novo istraživanje.

„Munja, ili u ovom slučaju, mikromunja, ima energiju da razbije molekularne veze i stoga olakšava stvaranje novih molekula koji su kritični za nastanak života na Zemlji“, navodi astrobiološkinja u izjavi za Si-En-En.

Para i mikromunja

Da bi rekonstruisali scenario koji je možda proizveo prve organske molekule na Zemlji, istraživači su se oslanjali na eksperimente iz 1953. godine kada su američki hemičari Stenli Miler i Harold Jurej smislili mešavinu gasa koja oponaša atmosferu drevne Zemlje.

Miler i Jurej su kombinovali amonijak (NH3), metan (CH4), vodonik (H2) i vodu, zatvorili ovu „atmosferu“ unutar staklene kugle i protresli je strujom, proizvodeći jednostavne aminokiseline koje sadrže ugljenik i azot. Eksperiment Miler-Jurej, kako je sada poznat, podržava naučnu teoriju abiogeneze: da život može nastati iz neživih molekula.

Za novu studiju, naučnici su ponovo pregledali eksperimente iz 1953. godine, ali su svoju pažnju usmerili na električnu aktivnost u manjem obimu, navodi viši autor studije dr Ričard Zer, profesor prirodnih nauka i hemije na Univerzitetu Stanford u Kaliforniji. Zer i njegove kolege su posmatrali razmenu električne energije između naelektrisanih kapljica vode prečnika između jedan mikron i 20 mikrona. (Širina ljudske dlake je 100 mikrona.)

„Velike kapljice su pozitivno naelektrisane. Male kapljice su negativno naelektrisane", objašnjava profesor za Si-En-En. „Kada su kapljice koje imaju suprotna naelektrisanja blizu jedna drugoj, elektroni mogu skočiti sa negativno naelektrisane kapljice na pozitivno naelektrisanu kapljicu."

Istraživači su pomešali amonijak, ugljen-dioksid, metan i azot u staklenoj kugli, a zatim prskali gasove vodenom parom, a kamerom velike brzine snimali slabe bljeskove mikro-munja u pari. Kada su pregledali sadržaj kugle, pronašli su organske molekule sa vezama ugljenik-azot. To uključuje aminokiselinu glicin i uracil, nukleotidnu bazu u RNK.

„Nismo otkrili nikakvu novu hemiju; zapravo smo reprodukovali svu hemiju koju su Miler i Jurej uradili 1953. godine“, navodi Zer. Istraživači nisu uočili ni nove fizičke pojave, dodaje profesor – eksperimenti su bili zasnovani na poznatim principima elektrostatike.

„Ono što smo uradili prvi put je da smo videli da male kapljice, kada se formiraju iz vode, zapravo emituju svetlost i dobijaju ovu iskru“, navodi prof. Zer. „To je novo. I ta iskra izaziva sve vrste hemijskih transformacija."

Voda i život

Munja je dramatičan prikaz električne energije, ali je takođe sporadičan i nepredvidiv. Čak i na nestabilnoj Zemlji pre više milijardi godina, munje su možda bile previše retke da bi proizvele aminokiseline u količinama dovoljnim za život – činjenica koja je u prošlosti dovodila u sumnju takve teorije, rekao je prof. Zer.

Prskanje vode, međutim, bilo je češće od munje. Verovatniji scenario je da mikromunja generisana parom neprestano stvara aminokiseline iz bazena i lokvi, gde bi molekuli mogli da se akumuliraju i formiraju složenije molekule, što na kraju dovodi do evolucije života.

„Mikropražnjenja između očigledno naelektrisanih mikrokapljica vode čine sve organske molekule koji su prethodno primećeni u Miler-Jurej eksperimentu“, kaže profesor Zer. „Pretpostavljamo da je ovo novi mehanizam za prebiotičku sintezu molekula koji čine gradivne blokove života."

Međutim, čak i sa novim otkrićima o mikromunjama, ostaju pitanja o poreklu života, dodao je on. Dok neki naučnici podržavaju ideju električno naelektrisanih početaka za najranije gradivne blokove života, alternativna hipoteza abiogeneze predlaže da su prve Zemljine aminokiseline bile kuvane oko hidrotermalnih otvora na morskom dnu, proizvedene kombinacijom morske vode, tečnosti bogatih vodonikom i ekstremnog pritiska.

Još jedna hipoteza sugeriše da organski molekuli uopšte nisu nastali na Zemlji. Umesto toga, formirali su se u svemiru i ovde su ih nosile komete ili fragmenti asteroida, proces poznat kao panspermija.

„Još uvek ne znamo odgovor na ovo pitanje“, ističe prof. Zer. „Ali mislim da smo bliže razumevanju šta se moglo dogoditi.“

Iako detalji o poreklu života na Zemlji možda nikada neće biti u potpunosti objašnjeni, „ova studija pruža još jedan put za formiranje molekula ključnih za nastanak života“, navodi Vilijamsova. „Voda je sveprisutni aspekt našeg sveta, što je dovelo do naziva 'Plavi kliker' koji opisuje Zemlju iz svemira. Možda je voda, najbitniji element koji nas održava, takođe igrao veću ulogu u nastanku života na Zemlji nego što smo ranije pretpostavljali."