Bili smo u krivu zbog porijekla života 90 godina

Nedeljko Bajić-Baja | Rodjen spreman (2016) Official video (Srpanj 2019).

Anonim

Skoro devet desetljeća, znanstveni omiljeni objašnjenje za podrijetlo života bio je "primordijanska juha". To je ideja da je život počeo iz niza kemijskih reakcija u toplom ribnjaku na Zemljinoj površini, potaknut vanjskim izvorom energije kao što je munja ili ultraljubičasto (UV) svjetlo. No, nedavna istraživanja dodaju težinu alternativnoj ideji, da se život pojavio duboko u oceanu u toplim, stjenovitim strukturama koje se nazivaju hidrotermalni otvori.

Istraživanje objavljeno prošlog mjeseca u prirodi Mikrobiologija sugerira posljednji zajednički predak svih živih stanica hranjenih na plinovitom vodiku u vrućem okolišu s mnogo željeza, slično kao u otvore. Zagovornici konvencionalne teorije bili su skeptični da bi ti rezultati trebali promijeniti naš pogled na podrijetlo života. Ipak, hipoteza hidrotermalne zrake, koja se često opisuje kao egzotična i kontroverzna, objašnjava kako su životne stanice razvile sposobnost dobivanja energije, na način koji baš i nije bio moguć u iskonskoj juhu.

Prema konvencionalnoj teoriji, život je počeo kada su munje ili UV zrake uzrokovale jednostavne molekule da se spoje u složenije spojeve. To je kulminiralo u stvaranju molekula za pohranu informacija koje su slične našoj DNK, smještene unutar zaštitnih mjehurića primitivnih stanica. Laboratorijski eksperimenti potvrđuju da se u ovim uvjetima stvaraju tragovi molekularnih građevnih blokova koji čine proteine ​​i molekule za pohranu informacija. Za mnoge je primordijalna juha postala najvidljivije okruženje za podrijetlo prvih živih stanica.

Ali život nije samo o repliciranju informacija pohranjenih unutar DNK. Sve žive stvari moraju se reproducirati kako bi preživjele, ali repliciranje DNA, sastavljanje novih proteina i stvaranje stanica od nule zahtijevaju ogromne količine energije. U jezgri života su mehanizmi dobivanja energije iz okoliša, pohranjivanje i kontinuirano kanaliziranje u ključne metaboličke reakcije stanica.

Odakle ta energija potječe i kako to može doći, može nam puno reći o univerzalnim načelima koji reguliraju evoluciju i podrijetlo života. Nedavne studije sve više upućuju na činjenicu da primordijska juha nije bila prava vrsta okoliša koja bi potaknula energiju prvih živih stanica.

Klasično je znanje udžbenika da je sav život na Zemlji potaknut energijom koju pruža sunce i zarobljen biljkama, ili izvađen iz jednostavnih spojeva kao što su vodik ili metan. Malo manje poznato je činjenica da sav život iskorištava ovu energiju na isti i sasvim osebujni način.

Ovaj proces radi malo poput hidroelektrane. Umjesto izravnog napajanja njihovih osnovnih metaboličkih reakcija, stanice koriste energiju od hrane da pomiče protone (pozitivno nabijene vodikove atome) u spremnik iza biološke membrane. To stvara ono što je poznato kao "gradijent koncentracije" s višom koncentracijom protona na jednoj strani membrane od drugih. Protoni se zatim protječu kroz molekularne turbine ugrađene unutar membrane, poput vode koja prolazi kroz branu. To stvara visokoenergetske spojeve koji se potom koriste za napajanje ostalih aktivnosti stanica.

Život bi mogao razviti iskorištavanje bilo kojeg od bezbrojnih izvora energije dostupnih na Zemlji, od topline ili električnih ispuštanja do prirodno radioaktivnih ruda. Umjesto toga, svi životni oblici potaknuli su razlike koncentracije protona kroz membrane stanica. To sugerira da su najranije životne stanice na sličan način sakupljale energiju i da je život nastao u okruženju u kojem su protonni gradijenti bili najpristupačniji izvor energije.

Odzračivanje hipoteze

Nedavne studije utemeljene na skupovima gena koji su vjerojatno bili prisutni u prvih živih stanica, zabilježili su podrijetlo života natrag u hidrotermalne otvore na dubokom moru. To su porozne geološke strukture proizvedene kemijskim reakcijama između čvrste stijene i vode. Alkalne tekućine iz Zemljine kore rastu otvore prema kiseloj oceanskoj vodi, stvarajući prirodne razlike u koncentraciji protona, izuzetno slične onima koji potiču sve žive stanice.

Studije upućuju na to da su u najranijim fazama evolucije života kemijske reakcije u primitivnim stanicama vjerojatno bile potaknute tim nebioloskim protonima. Stanice su kasnije naučili kako proizvesti vlastite gradijente i izbjeći otvore za koloniziranje ostatka oceana i na kraju planeta.

Dok zagovornici primordijalne juhe teorije tvrde da elektrostatička pražnjenja ili Sunčeva ultraljubičasto zračenje potaknule životne prve kemijske reakcije, moderni život ne pokreće niti jedan od tih isparljivih izvora energije. Umjesto toga, u srži životne proizvodnje energije su ionski gradijenti preko bioloških membrana. Ništa daleko ničega sličnije nije moglo nastati u toplim ribnjacima iskonskog bujona na Zemljinoj površini. U tim okruženjima, kemijski spojevi i nabijene čestice obično se ravnomjerno razrjeđuju, umjesto stvaranja gradijenta ili nejednakosti koje su toliko središnje za život.

Hidrotermalni otvori u dubokom moru predstavljaju jedino poznato okruženje koje je moglo stvoriti složene organske molekule s istom vrstom strojeva koji koriste energiju kao i moderne stanice. Traženje izvora života u iskonskoj juhu bilo je smisla kad se malo znalo o univerzalnim načelima životne energije. No, kako se naše znanje širi, vrijeme je da prihvatimo alternativne hipoteze koje prepoznaju važnost energetskog toka koji pokreće prve biokemijske reakcije. Te teorije neprimjetno premošćuju jaz između energetike živih stanica i neživućih molekula.

menu
menu