Denník N

Ako vznikol život? Najpravdepodobnejšie nejako takto

Meteorit, ktorý dopadol pred desaťročiami v Austrálii, zrejme obsahuje milióny neidentifikovaných organických zlúčenín. Foto – TASR/AP
Meteorit, ktorý dopadol pred desaťročiami v Austrálii, zrejme obsahuje milióny neidentifikovaných organických zlúčenín. Foto – TASR/AP

Vznikal život postupne alebo naraz na viacerých miestach, ako píše nová štúdia vedcov z Nature? Odpovede vedcov sa rôznia. Prinášame vám prehľad najznámejších a najpravdepodobnejších z nich.

Ako asi vznikol život na Zemi? Išlo o sled viacerých náhodných reakcií, o súčasne prebiehajúci chemický proces alebo bol život na planétu dovlečený?

Vznik života sa vo vedeckej komunite bežne spája so sledom chemických reakcií, pri ktorých postupne alebo simultánne vznikali molekuly potrebné na život, ako napríklad RNA, DNA, aminokyseliny, bielkoviny či cukry.

Tieto reakcie prebiehali pravdepodobne blízko horúcich prameňov na dne oceánov alebo v pravekých teplých jazierkach na povrchu.

Prebiotická polievka alebo medziplanetárny polotovar?

Iná hypotéza s jemne provokujúcim názvom teória panspermie zase predpokladá, že tieto látky alebo dokonca život samotný bol na Zem prinesený na meteoritoch, ktoré dopadali na našu planétu v jej skorých vývojových štádiách.

Táto teória však samotný vznik života nerieši, iba prenáša problém na inú planétu alebo do inej slnečnej sústavy či galaxie.

Medzi obľúbenejšie hypotézy preto patrí teória prebiotickej polievky, podľa ktorej vznikol život priamo na Zemi pomocou redukčných procesov prebiehajúcich v atmosfére vodíka ešte bez prítomnosti kyslíka.

Podľa tejto teórie obsahoval prebiotický oceán molekuly bohaté na uhlík, ktoré sú potrebné pre vznik života. Vďaka procesom, ku ktorým dochádzalo v atmosfére a prebiotickom oceáne, tak mohol vzniknúť život postupne a výhradne z anorganických látok.

Fakty:

Prebiotická polievka predstavuje teplý roztok obsahujúci uhlík v rôznych podobách ako napríklad formaldehyd, kyanidy, aminokyseliny a podobne. Predpokladá sa, že v nej prebiehala takzvaná prebiotická syntéza komplexných organických látok z jednoduchých anorganických zlúčenín.

Chiralita je jav, ktorý popisujuje asymetriu priestorového usporiadania molekuly. Molekula je chirálna, ak nie je totožná so svojím zrkadlovým obrazom, podobne ako točité schodisko, dvojzávitnicová DNA alebo ruky.

Enantioméry sú chirálne látky, ktoré sú chemicky totožné, navzájom však tvoria vlastné zrkadlové obrazy. Keď nimi prechádza polarizované svetlo, otočia jeho rovinu doľava alebo doprava. Podľa toho sa rozlišujú na ľavo- a pravotočivé. Biologické vlastnosti však majú rôzne, pretože môžu rôzne interagovať s receptormi a enzýmami. Jeden z enantiomérov limonénu napríklad vonia ako pomaranč, kým druhý ako ihličnany – a to aj napriek tomu, že sú chemicky totožné.

V roku 1953 uskutočnil chemik Stanley Miller laboratórny experiment, ktorý imitoval podmienky na mladej Zemi približne pred 3,5 miliardami rokov. Miller postupoval tak, že uzavrel zmes vody, metánu, amoniaku a vodíka do sklenenej trubice, v ktorej preskakovali elektrické iskry.

Už po dvoch dňoch sa v reakčnej zmesi objavili aminokyseliny, základné stavebné jednotky bielkovín. Po jednom týždni sa až 15 percent uhlíka premenilo na organické molekuly.

Názory na túto teóriu sú rôzne. Mnoho ľudí pochybuje, že atmosféra mladej Zeme mohla byť natoľko reduktívna ako pri Millerovom experimente.

Je však možné, že na Zemi vznikli lokálne územia, kde by to možné bolo, a to najmä v okolí vulkanických oblakov, ktoré vznikli počas sopečných erupcií, kde by elektrické výboje bleskov spustili takúto prebiotickú syntézu. Prípadne mohlo k takýmto procesom dôjsť v meteoritoch, ktoré by priniesli takto vzniknuté zlúčeniny so sebou.

Život z „eintopfu“

Vedci z anglického Cambridge na čele s Johnom Sutherlandom nedávno publikovali v žurnáli Nature novú štúdiu, podľa ktorej nemusel život vznikať postupným sledom reakcií. Všetky dôležité molekuly mohli podľa nich vzniknúť súčasne, ale na rôznych miestach.

Vo svojom experimente dokázali vysvetliť vznik všetkých, pre život potrebných látok, čiže derivátov cukrov, prekurzorov tukov, ale aj prekurzorov RNA zo sledu reakcií jedinej látky, kyanovodíka a jeho derivátov.

Podľa tohto výskumu mohli teda všetky bunkové systémy vznikať simultánne. Takéto vysvetlenie vzniku životne dôležitých zlúčenín sa javí prijateľnejšie, pretože nepredpokladá súčasný priebeh odlišných a zložitých reakcií, ale pracuje s jedným súborom chemických procesov.

„Príroda si nevybrala jednotlivé kúsky stavebnice sama. Jednoducho pracovala s tým, čo mala od začiatku k dispozícii,“ dodáva Sutherland, hlavný autor štúdie.

Vznik ľavotočivosti aminokyselín

Aminokyseliny, základné stavebné jednotky bliekovín, sú ľavotočivé. Cukry zas pravotočivé. Ako sa v prírode vyvinula takáto forma nerovnováhy? Foto: TASR
Aminokyseliny, základné stavebné jednotky bielkovín, sú ľavotočivé. Cukry zas pravotočivé. Ako sa v prírode vyvinula takáto forma nerovnováhy? Foto – TASR

Predošlé výskumy teda vysvetľujú vznik základných stavebných látok buniek, nevysvetľujú však ich ľavo či pravotočivosť.

Životne dôležité molekuly, ako napríklad cukry, aminokyseliny alebo aj samotná DNA, sa v bunkách nachádzajú iba v jednej forme. Tento jav sa nazýva chiralita. Látky, ktoré obsahujú štvorväzbový uhlík, sa môžu v prírode vyskytovať vo dvoch formách, ktoré sú chemicky a fyzikálne takmer totožné, no majú iné biologické funkcie. Navzájom tvoria svoje zrkadlové obrazy, podobne ako naše vlastné ruky; sú si zrkadlovo podobné, no nezlučiteľné.

Otázkou je, ako je možné, že príroda uprednostnila iba jednu z týchto dvoch foriem? Aminokyseliny v bielkovinách sú ľavotočivé (ak cez ne prechádza polarizované svetlo, pootočí sa doľava), DNA dvojzávitnica je pravotočivá, cukry prítomné v našich bunkách majú D-usporiadanie.

Teórií existuje opäť viacero. Jedna z nich predpokladá, že β žiarenie tvorené elektrónmi z jadrového rozpadu zničilo viac z D-aminokyselín, ostalo teda viac L- foriem, konkrétne o 20 %.

Samovoľný vznik enantiočistých aminokyselín?

Iný výskum vedcov z Kalifornie pod vedením Donny Blackmondovej publikovaný v časopise Nature Chemistry zas vysvetľuje, ako mohol tento jav prebiehať samovoľne. Zistili, že ak sa v roztoku nachádzajú aminokyseliny a prekurzory RNA spolu, je možné z neho vykryštalizovať takmer opticky čistý ľavotočivý RNA prekurzor.

Základný predpoklad je, že sa aminokyseliny v tomto roztoku nachádzajú v miernom enantioselektívnom nadbytku, čo znamená, že sa v ňom nachádzalo iba o jedno percento viac ľavotočivých molekúl než pravotočivých. Výsledky porovnali s výskumom spomínaného ožarovania elektrónmi a zistili, že získali až 50-krát viac ľavotočivých molekúl.

Je preto pravdepodobné, že po vzniku prebiotickej polievky, ktorá obsahovala celý súbor molekúl potrebných na vznik života, sa jedna forma aminokyseliny dostala do mierneho nadbytku, čo postupom času uprednostnilo iba jednu formu aj pri ostatných dôležitých molekulách.

Dostupné z doi: 10.1126/science.117.3046.528, 10.1021/ar200281t, 10.3390/life1010034, 10.1126/science.1085145, 10.1038/nrmicro1991, 10.1038/nchem.2202, 10.1111/maps.12433, 10.1111/j.1945-5100.2010.01132.x, 10.1103/PhysRevLett.113.118103, 10.1038/nchem.1108.

Autorka je doktorandkou chémie na Univerzite v Bazileji vo Švajčiarsku. Momentálne sa venuje výskumu umelých enzýmov.

Máte pripomienku alebo ste našli chybu? Prosíme, napíšte na pripomienky@dennikn.sk.

Veda

Teraz najčítanejšie