Gdzie powstało życie?

Tomasz Rożek

publikacja 13.01.2011 20:13

Nie, nie życie inteligentne, nawet nie życie wielokomórkowe. Gdzie powstały najprostsze formy życia? Coś, co nawet trudno nazwać komórką. Polski uczony zrobił ranking najbardziej prawdopodobnych miejsc, w których przed miliardami lat powstało życie na Ziemi.

Gdzie powstało życie? markyweiss / CC 2.0 Życie nie mogło też powstać na suchym lądzie, bo niektóre procesy nie mogą zachodzić bez wody, która jest „nośnikiem” cząsteczek chemicznych

Skąd w ogóle pomysł, że we wszechświecie może – oprócz nas – mieszkać ktoś (coś) jeszcze? Pytanie to stało się w pełni uzasadnione, gdy w 1953 roku prof. Stanley Miller z Uniwersytetu Stanu Kalifornia przeprowadził doświadczenie, w którym w szklanej kolbie wytworzył warunki, najprawdopodobniej istniejące w pierwotnej ziemskiej atmosferze. Napełnił kolbę wodorem, metanem i amoniakiem oraz parą wodną. Następnie spowodował w naczyniu wyładowania elektryczne i… zauważył, że powstało w nim wiele organicznych związków chemicznych. Wśród nich były aminokwasy – części składowe białek, podstawowe cegiełki życia na Ziemi. Doświadczenie było ciekawe, bo do otrzymania aminokwasów Miller użył powszechnie dostępnych w całym wszechświecie składników. Także wyładowania atmosferyczne to w kosmosie zjawisko częste. Występują w atmosferach wielu planet Układu Słonecznego.

Jesteśmy z białek
Aminokwasy to związki organiczne zbudowane z czterech elementów, z atomów węgla (C), tlenu (O), azotu (N) i wodoru (H). W niektórych może być jeszcze atom siarki (S). Ale to wszystko. Podstawa życia to cztery, góra pięć atomów, które we wszechświecie są powszechne. Skąd się wzięły? Lekki wodór powstał zaraz po Wielkim Wybuchu. Atomy cięższe powstają we wnętrzach gwiazd w czasie reakcji fuzji jądrowej z połączenia atomów lekkich. Te najcięższe powstają w momencie wybuchu starej i dużej gwiazdy, w czasie tzw. eksplozji supernowej. W czasie takiej eksplozji gwiazda jest rozrywana na pojedyncze atomy, a te są dosłownie rozrzucane po najbliższym, kosmicznym sąsiedztwie. Wszechświat jest pełen różnych pierwiastków. Gdy tworzy się nowa gwiazda, nowy układ planetarny, powstaje właśnie z tego, co zostało już raz przerobione przez gwiazdę, a w chwili jej śmierci rozsiane wokół miejsca jej „życia”. Słowo „wokół”, albo użyte w poprzednim zdaniu stwierdzenie „najbliższe sąsiedztwo”, nie oznacza obszaru kilku, kilkunastu czy nawet kilkuset kilometrów, tylko raczej dziesiątki czy nawet setki lat świetlnych. Dla nas to wielkości wręcz niewyobrażalne, ale w skali wszechświata to naprawdę sąsiedztwo najbliższe z najbliższych.

Wracając jednak do aminokwasów. W naturze jest ich ponad 300. Ale 21 z nich, połączonych w różnych konfiguracjach, buduje białka. Białka są w komórce rusztowaniem, zaprawą i cegłami. Geny to białka, hormony to białka i receptory to białka. My sami jesteśmy z białek. Głównie. Najmniejsze białka składają się z przynajmniej 100 połączonych ze sobą cząsteczek aminokwasów. Oprócz już wspomnianych (C, O, H, N, S) białka mogą być zbudowane z wielu innych elementów, np. z fosforu, cynku, żelaza, miedzi… długo można by wymieniać. Podstawą są jednak aminokwasy. We wspomnianym doświadczeniu prof. Stanley Miller pokazał, co jest potrzebne do tego, by powstały. Okazało się, że nie trzeba niczego wielkiego. Albo inaczej, że potrzeba tego, co na Ziemi kilka miliardów lat temu było. A więc odpowiednich – i powszechnie dostępnych – elementów składowych oraz energii, która „łączyła” te wszystkie elementy w cząsteczki. W doświadczeniu Millera źródłem energii były iskry, wyładowania elektryczne. Ten wybór był uzasadniony. W atmosferze wczesnej Ziemi dochodziło do bardzo częstych wyładowań. Ale równie dobrze można sobie wyobrazić inne źródło energii, np. rozpady promieniotwórcze, promieniowanie słoneczne (widzialne, ultrafioletowe) czy wybuchy wulkanów. A może kilka źródeł naraz?

Chwila narodzin
W czasopiśmie „Origins of Life and Evolution of Biospheres” ukazała się niedawno praca – ranking najbardziej prawdopodobnych miejsc, w których przed miliardami lat mogło powstać życie na Ziemi. Sam artykuł jest częścią dużo większej pracy poświęconej roli chemii radiacyjnej w pochodzeniu życia. Autorem prac jest prof. Zbigniew Zagórski z warszawskiego Instytutu Chemii i Techniki Jądrowej (IChTJ). W komunikacie prasowym, jaki Instytut wydał przy okazji opublikowania pracy, napisano, że dla współczesnej nauki wciąż intrygującym problemem pozostaje wyjaśnienie samego momentu narodzin życia na naszej planecie. Powstanie życia, a ściślej rzecz biorąc, powstanie złożonych „elementów składowych” życia to kwestia przede wszystkim odpowiednich reakcji chemicznych. Te nie mogą oczywiście zachodzić wszędzie, tylko w miejscach, w których spełnione są odpowiednie warunki. Ale sam pojedynczy akt powstania cząsteczki aminokwasu czy nawet białka to za mało.

– Miejsce, w którym zachodzą reakcje, odgrywa równie istotną rolę – podkreśla prof. Zagórski. Warunki zewnętrzne muszą sprzyjać nagromadzeniu w jednym miejscu i w podobnym czasie większej ilości podstawowych cegiełek. Życie na Ziemi mogło powstać na lądzie, w wodzie albo w powietrzu. Raczej mało prawdopodobne, by w powietrzu (np. w chmurach) mogła nagromadzić się większa ilość niezbędnych do stworzenia życia elementów. Być może w chmurach powstawały cegiełki (aminokwasy), ale raczej nie powstało życie. Aminokwasy na powierzchnię ziemi mogły spadać wraz z deszczem. Życie nie mogło też powstać na suchym lądzie, bo niektóre procesy nie mogą zachodzić bez wody, która jest „nośnikiem” cząsteczek chemicznych.

A więc woda
No właśnie, woda, tylko jaka i gdzie? Czy głębiny, czy płytkie i gorące bajorka. A może rwące rzeki? W przypadku tych ostatnich pojawia się ten sam problem co w przypadku chmur. W rzece o silnym prądzie bardzo trudno wyobrazić sobie miejsce, w którym pojedyncze cegiełki materii miałyby okazję „spotkać się”. Najbardziej prawdopodobne pod tym względem wydają się płytkie, ciepłe, bo nagrzane przez promienie słoneczne, zbiorniki wodne. To tutaj panują najlepsze warunki do zachodzenia reakcji chemicznych pod wpływem światła (tzw. reakcje fotochemiczne). W cytowanej pracy naukowej podkreślono, że dużą (pozytywną) rolę mogły odgrywać warstwy gliny. W jej porach, niewielkich przestrzeniach pomiędzy poszczególnymi warstwami, istniały idealne warunki do zachodzenia reakcji chemicznych. Prawdopodobieństwo powstania życia, czy „posklejania” życia z poszczególnych cegiełek, drobniejszych elementów, w takim płytkim i gorącym zbiorniku znacząco rosło, o ile w jego pobliżu istniał wulkan dostarczający (w czasie wybuchów czy chociażby wyziewów) nowe związki organiczne. Te mogły być dostarczane także z kosmosu przez meteoryty, planetoidy czy komety.

Autor cytowanej pracy, prof. Zagórski, zauważa, że stosunkowo mało prawdopodobne, by życie powstało w głębinach oceanicznych u wylotu tzw. kominów hydrotermalnych. To o tyle zaskakujące, że te właśnie miejsca w poprzednich publikacjach poświęconych „chemii życia” były przywoływane jako najbardziej prawdopodobne miejsce narodzin życia. Uważano tak, bo wspomniane kominy są źródłem gorącej i silnie zmineralizowanej wody, zawierającej także cząsteczki występujące w pyle wulkanicznym. Choć z punktu widzenia powstawania życia są to warunki wręcz wymarzone, zdaniem profesora Zagórskiego: „Powstające związki chemiczne szybko rozproszą się w oceanie, co oznacza, że nie będą brały udziału w kolejnych cyklach zachodzących reakcji. Wydaje się więc, że stworzenia znajdowane obecnie w pobliżu kominów hydrotermalnych nie powstały w ich otoczeniu, lecz są wynikiem adaptacji do napotkanych warunków przez organizmy wykształcone w innych, zapewne odległych i istotnie różnych środowiskach”. O tym, że cegiełki życia mogły powstać na Ziemi z dostępnych tutaj elementów wiadomo od kilkudziesięciu lat. – Problem z dotychczasowymi eksperymentami polega na tym, że są one prowadzone w warunkach laboratoryjnych – zauważa prof. Zagórski. A to, choć wystarczy, by powiedzieć, co jest możliwe, nie wystarczy, by określić, gdzie mogło się wydarzyć.

TAGI: