Како је шећер из свемира постао један од темеља живота на Земљи

Постоји ли живот негде другде или је Земља јединствена у свемиру? То је једно од великих питања на које наука још увек нема одговор.

Један од начина да се дође до одговора јесте истраживање начина на који је живот настао на Земљи. Научници зато проучавају услове у којима је мешавина различитих молекула могла да пређе границу између хемије и биологије.

У новој студији, објављеној у часопису Scientific Reports, научници су расветлили један од могућих корака у том процесу. Истраживали су како је нестабилан шећер, који је на Земљу могао да стигне из свемира, помогао у стварању услова за сопствени опстанак и на крају постао окосница једног од најважнијих молекула живота, пише The Conversation.

Реконструкција почетака живота

Научници сматрају да је живот настао из сложене мешавине воде, минерала и молекула који садрже угљеник, односно из онога што се обично назива примордијалном или „праисконском супом“. Такве мешавине могле су да постоје у океанима, језерима или термалним изворима. На њих су утицали промене температуре, кретање воде, контакт са минералима и испаравање, стварајући услове у којима су могле да се развијају све сложеније хемијске реакције.

Истраживачи покушавају да те процесе понове у лабораторијама, најчешће користећи пречишћене хемикалије и пажљиво контролисане мешавине. Такав приступ омогућава да се издвоје појединачне реакције и елиминишу други фактори, али истовремено може да занемари важне интеракције које се одвијају у сложеним природним условима.

Један од молекула који се проучавају у овим експериментима јесте РНК. Она има кључну улогу у чувању и коришћењу генетских информација код савремених организама, а сматра се да је имала важну улогу и у настанку и раној еволуцији живота.

Међутим, формирање РНК није лак процес. Њен молекуларни скелет садржи нестабилан шећер који се назива рибоза. Када се загрева, рибоза може да се разгради у смеђу лепљиву масу, слично као што се обичан шећер приликом загревања претвара у карамел.

Један од елемената који може да заштити молекуле рибозе јесте бор. У облику бората, једињења које садржи бор и кисеоник, он се везује за рибозу и помаже да се спречи њено разлагање.

Експерименти којима се испитује овај ефекат често се заснивају на једноставним комбинацијама пречишћених састојака. Истраживачи настоје да такве експерименте приближе стварним условима, ослањајући се на досадашња сазнања о древним стенама, минералима и фосилима.

ФОТО: Anusorn Nakdee/Shutterstock

Термални извори откривају услове за настанак живота

Истраживачи зато проучавају и савремена природна окружења која би могла да пруже слику услова у којима је живот некада настајао. Једно такво место су термални извори у Пуги, високо на Хималајима у Индији.

Воде у Пуги садрже толико бора да се под ногама, попут снега, ломе наслаге боратних соли. Ипак, количина бора раствореног у води далеко је мања од оне која се користи у лабораторијским експериментима. У неким од тих експеримената концентрација бора је и више десетина пута већа него у водама Пуге.

Разлог је то што се минерали који садрже бор често слабо растварају у води. Уместо тога, издвајају се из раствора и формирају кристале, попут наслага боратних соли у Пуги, па у води остаје мање бора и других елемената доступних за хемијске реакције за које се претпоставља да су имале улогу у настанку живота.

То отвара важно питање о условима који су владали на младој Земљи. Да ли је у њеним древним водама заиста могло да буде довољно раствореног бора за хемијске процесе који су претходили настанку живота?

Узајамна веза

У новој студији научници су користили природне минерале, укључујући наслаге бората из Пуге, и показали да би управо рибоза могла да објасни како су високе концентрације бора могле да се одрже у водама Земље пре настанка живота.

Истраживање је показало да рибоза помаже растварању боратних минерала и истовремено спречава стварање чврстих минералних зрна. На тај начин више бора остаје растворено у води и доступно за хемијске реакције.

Ново истраживање тако указује на узајамну везу. Борат штити рибозу од разлагања, док рибоза помаже борату да остане растворен и доступан за даље реакције.

Свет пре живота

Пре четири милијарде година, у време када се претпоставља да је живот настао, Земља је изгледала веома другачије него данас. У атмосфери је било веома мало кисеоника, а вулканска активност била је далеко интензивнија, стварајући оскудне вулканске пределе и зелене океане богате гвожђем.

Површину Земље тада су непрестано погађали метеорити из младог Сунчевог система. Они су из свемира доносили различите молекуле, укључујући воду и једињења угљеника.

Истраживачи процењују да је у том раном периоду, када су метеорити учестало падали на Земљу, на нашу планету сваке године могло да стиже око милион тона угљеника. Какве су материје на тај начин доспевале из свемира показује метеорит Марчисон, који је 1969. године пао у аустралијској савезној држави Викторија.

Мештани који су сакупљали његове делове говорили су о снажном мирису налик керозину, који је потицао од једињења угљеника у метеориту. Научници су касније међу његовим састојцима открили рибозу, као и друге шећере.

На Земљи на којој још није било микроорганизама, молекули богати угљеником могли су постепено да се нагомилавају тамо где су пристизали брже него што су се разграђивали. У плитким језерима и барама вода је испаравала, док су органски молекули пристигли из свемира остајали за њом и постајали све концентрованији. Тако су могла да настану места испуњена богатом мешавином једињења, налик ономе што научници називају „примордијалном супом“.

ФОТО: Antonio Arico/Shutterstock

Примордијална супа и минерали

Велики део истраживања порекла живота бави се питањем како су минерали допринели развоју све сложенијих хемијских процеса у тим „супама“. Нова студија, међутим, указује и на обрнут процес, односно на могућност да је сама примордијална супа утицала на формирање и састав минерала на Земљи пре појаве живота.

Део бора који би се иначе издвојио из воде, створио минералне наслаге и на крају био затрпан, могао је уместо тога да остане растворен у древним језерима и другим воденим срединама. То је могло да утиче и на врсте минерала које су се формирале на Земљиној површини.

Иако је рибоза вероватно била релативно ретка, она није једини молекул који је могао да утиче на понашање бората у води. Научници знају да се за борат везују и други органски молекули, међу којима су етилен-гликол и глицерол, па је сличан процес могао да се одвија и у њиховом присуству.

Њихов утицај на природне минералне наслаге тек треба испитати, док познате интеракције шећера са другим минералима указују на још шире могућности. Заступљенији елементи у стенама на Земљи, укључујући силицијум и калцијум, такође ступају у интеракције са молекулима угљеника. То указује да су примордијалне смеше богате угљеником могле да утичу и на начин на који су настајали други минерали и стене.

Колико снажна може да буде веза између органских материја и минералног света види се и данас. Живи организми учествују у обликовању Земљине површине, између осталог стварањем шкољки и скелета корала у процесу биоминерализације. Научници указују на могућност да је ова прича почела много раније, још пре појаве првих живих организама, када су неживи молекули угљеника већ могли да утичу на то који ће се минерали формирати и на који начин.

Да ли су те интеракције биле довољно снажне да преобликују читаве пределе, остаје отворено питање. Њихово истраживање, међутим, може да помогне научницима да провере претпоставке о том готово ванземаљском свету из далеке прошлости наше планете, да побољшају експерименте којима истражују наше порекло и да боље разумеју где би још у свемиру живот могао да настане.