ARN ishte blloku i parë ndërtues i jetës, sot shumë shkencëtarë ndajnë këtë hipotezë, megjithatë askush nuk mund të shpjegojë “pasin”, pra se si bota e ARN u bë bota e sotme. Këtu është përmbledhja e punës magjepsëse dhe komplekse të diskutuar në takimin Origins Of Life.
Luigi Bignami
Një përplasje dramatike midis Tokës dhe një asteroidi mund të ketë sjellë jetë. Ekziston një skenar që sugjeron se rreth 4.47 miliardë vjet më parë – vetëm 60 milion vjet pas formimit të Tokës dhe 30-40 milion vjet pas formimit të Hënës nga një përplasje e mëparshme planetare – një tjetër madhësi hënore goditi Tokën dhe shpërtheu në një re me hekur të shkrirë dhe mbeturina të tjera.
Stuhia e breshërit e materialit metalik ndoshta zgjati dekada, nëse jo shekuj, dhe kjo bëri që molekula e ujit të shpërbëhej në oksigjen dhe hidrogjen molekular. Oksigjeni i lirë lidhet me hekurin, duke krijuar depozita të mëdha të oksidit të hekurit në ngjyrë ndryshku në sipërfaqen e planetit tonë. Hidrogjeni, megjithatë, formoi një atmosferë të dendur që u shpërnda shumë ngadalë në hapësirë, mbi 200 milionë vjet.
Pasoi një ftohje progresive, e ngadaltë e Tokës, dhe pikërisht në këtë interval kohor filluan të formohen molekula të thjeshta organike nën mbulesën e hidrogjenit. Këto molekula, sipas disa shkencëtarëve, u bashkuan për të formuar ARN , acid ribonukleik , një element molekular që shumë e konsiderojnë si protagonistin e agimit të jetës.
Çështje të vjetra të pazgjidhura
Ky ishte skenari që po diskutohej në takimin The Origins Of Life (14-17 tetor 2018), një “debat i hapur në kërkim të përgjigjeve të reja për pyetjet e vjetra” (lexon nëntitulli i takimit), ku gjeologë, shkencëtarë planetare, kimistë dhe biologët kanë vënë në tryezë idetë më të fundit mbi lindjen e jetës në Tokë. “Asnjë gur apo provë tjetër e drejtpërdrejtë nuk ka mbetur për atë kataklizëm të supozuar: ajo u hipotezua thjesht sepse do të zgjidhte një mori misteresh rreth lindjes së jetës”, thotë Steven Benner, një nga themeluesit e Fondacionit për Evolucionin Molekular të Aplikuar , trupi. që organizoi takimin.
Nevoja për të diskutuar hipoteza të reja, megjithatë, lind nga fakti se ky skenar intrigues, i aftë për t’iu përgjigjur “një grupi misteresh”, lë po aq pyetje të hapura. Ndër këto të fundit, njëra ka të bëjë me rrugën kimike që më në fund i dha ARN-së dhe një tjetër, e përcaktuar, ka të bëjë me mekanizmat që e përfshinin atë ARN deri në atë pikë sa e bën atë të kombinohet me proteinat dhe yndyrnat dhe të formojë qelizat e para.
Bota e ARN-së
Jeta siç e njohim ne ndoshta doli nga një ” botë ARN “, dhe shumë studiues tani bien dakord për këtë. Në qeliza, ADN-ja , ARN-ja dhe proteinat luajnë një rol jetik: ADN-ja ruan informacionin e trashëgueshëm; ARN i transporton ato brenda qelizave; proteinat veprojnë si punëtorë kimikë.
Prodhimi i secilës prej këtyre biomolekulave kërkon dy të tjerat. Megjithatë, ideja që të tre molekulat komplekse u shfaqën njëkohësisht nuk duket e besueshme. Që nga vitet 1960, një shkollë mendimi që nuk është vënë në dyshim kurrë më parë pohon se ARN u ngrit përpara dy elementëve të tjerë (ADN dhe proteinat), dhe kjo ndodh sepse ARN mund të jetë njëkohësisht një kod gjenetik dhe një katalizator për reaksionet.
Vitet e fundit, kimistët i janë afruar shumë reaksioneve që mund të kenë prodhuar blloqet thelbësore të ndërtimit për ARN. Në vitin 2011, për shembull, Benner dhe kolegët e tij demonstruan se si mineralet që përmbajnë bor mund të kenë ndihmuar kimikate të tilla si formaldehidi dhe glikolaldehidi (“sheqeri” më themelor: shih gjithashtu Fosforin dhe oksigjenin midis yjeve në formim ), ndoshta të pranishëm në tokën primordiale, duke prodhuar riboza (D-riboza dhe deoksiriboza, dy monosakaride që mund të kontribuojnë në formimin e acideve nukleike), një përbërës thelbësor i ARN-së, që është pikërisht acidi ribonukleik. Në konferencën tetorin e kaluar, disa studiues treguan se si riboza mund të ketë reaguar me përbërës të tjerë për të krijuar pjesë individuale të ARN-së.
Zërat kundër
Pas punës autoritative të Robert Shapiro, një biokimisti në Universitetin e Nju Jorkut (vdiq në vitin 2011), shumë shkencëtarë kundërshtojnë se kur studiuesit prodhojnë një përbërës kimik para-ARN, ata e bëjnë këtë në kushte të kontrolluara , duke shtuar reagentët e pastruar në sekuencën e duhur – dhe se nuk është aspak e qartë se kjo mund të ketë ndodhur, në atë mënyrë dhe në atë mënyrë, në kaosin e Tokës fillestare. Në një nga kontributet e tij të fundit për Scientific American, Shapiro shkroi se “analogjia është ajo e një lojtar golfi, i cili, pasi ka luajtur një top në 18 vrima, hipotezon se topi mund të luajë në të njëjtën mënyrë edhe në mungesë të tij”.
Studiues të tjerë argumentojnë se ka më shumë gjasa që proteinat e thjeshta të ishin “blloqet ndërtuese të jetës”, sepse blloqet e tyre ndërtuese të aminoacideve janë më të thjeshta se nukleotidet në ARN, dhe akoma të tjerë që pretendojnë se blloqet bazë të ndërtimit që do të çonin në formimin e ribozës (formaldehid, glikolaldehid, gliceraldehid) nuk mund të mbijetonte, sepse ato janë shumë reaktive.
Një përgjigje
Steven Benner ofron një përgjigje të detajuar ndaj këtyre kundërshtimeve bazuar në një punë të vitit 2017 nga një ekip studiuesish nga Instituti Max Planck (Gjermani) dhe Universiteti McMaster (Kanada), i cili sugjeron (në bazë të provave të marra nga kristalet e vogla minerale pothuajse të pathyeshme të quajtura zirkonet) që Toka primordiale kaloi nëpër cikle të përsëritura të shirave të mëdhenj dhe thatësirave të mëdha.
Me një studim të paraqitur në takim, por ende i pabotuar, Benner dhe studiues të tjerë nga Shtetet e Bashkuara dhe Japonia tregojnë se si dioksidi i squfurit i prodhuar në sasi nga vullkanet e Tokës primordiale reagon me formaldehidin për të prodhuar hidroksimetansulfinat ( një përbërje sot me interes industrial ). Gjatë periudhave të thatësirës, përbërja do të ishte grumbulluar në tokë, më pas, nëpërmjet reaksioneve të kundërta që ndodhën më ngadalë, formaldehidi do të ishte rigjeneruar.
Në periudha me shi, gjithçka do të kishte përfunduar e përzier së bashku në pellgje dhe liqene të mëdha, ku mund të kishte reaguar për të formuar molekula të tjera të vogla organike thelbësore për ndërtimin e ARN-së.
“Procese të ngjashme,” thotë Steven Benner, “mund të kenë siguruar një ‘furnizim të vazhdueshëm’ të glikolaldehidit dhe gliceraldehidit.” Sidoqoftë, riboza është vetëm një pjesë e ARN-së, një molekulë me një zinxhir (ADN-ja është me dy fije) e cila mbart informacion gjenetik falë katër bazave të identifikuara nga shkronjat e kodit gjenetik: citozina (C), uracil (U), adenina. (A ) dhe guaninë (G).
Proceset e formimit të këtyre bazave janë një nga farat e mosmarrëveshjes midis studiuesve, por progresi i fundit në kiminë prebiotike duket se ka identifikuar shtigje që gjithashtu mund të kenë krijuar këto elemente – ilustruar, gjatë takimit të tetorit, nga Thomas Carell (Ludwig Universiteti Maximilian, Gjermani). Grupi i Carell zbuloi se komponimet e thjeshta, ndoshta të pranishme në Tokën e hershme, mund të kishin reaguar në disa hapa për të prodhuar pirimidinat , nga të cilat kanë origjinën molekulat e ARN-së.
Kritikat (dhe zgjidhjet e mundshme) . Për të dhënat, duhet thënë se të gjitha hipotezat e propozuara kanë qenë objekt kritike – por kjo nuk do të thotë se komuniteti shkencor i konsideron ato të pabaza: problemi themelor është ai i burimeve të mundshme në origjinën e molekulave azotike të nevojshme. për të krijuar bazën e ‘ARN.
Idetë janë të shumta: “Aktiviteti elektrik intensiv – ndezjet – dhe drita ultravjollcë që vepron në përbërjet në atmosferë mund të kishte krijuar një bollëk prej tyre,” thotë Jack Szostak (Universiteti i Harvardit), ndërsa Stephen Mojzsis (Universiteti i Kolorados) beson më shumë gjasa që të ishte ndikimi që krijoi Hënën që veproi si fitil. Mojzsis ka punuar prej kohësh në një enigmë gjeologjike disa dekadash: bollëkun befasues të platinit dhe metaleve të lidhura në koren e Tokës, që, sipas teorive aktuale të formimit të Tokës, thjesht nuk duhet të jetë aty .
Gjurmët më të vjetra fosile të jetës “lëvizëse” në Tokë
Seria e gjatë e goditjeve të dhunshme të asteroideve me planetin tonë, rreth 4.53 miliardë vjet më parë, do ta kishte transformuar Tokën në një det të valë magme për miliona vjet.
Elementët e dendur, si hekuri, ari, platini dhe paladiumi, do të ishin zhytur në qendër të planetit, ndërsa silikoni dhe elementë të tjerë të lehtë do të kishin notuar pranë sipërfaqes. Megjithatë, ato metale mbetën, dhe me bollëk, pranë sipërfaqes së planetit – siç mund të konkludohet lehtësisht duke parë dritaren e çdo dyqani bizhuterish. Me pak fjalë, “metalet e çmuara në kore janë mijëra herë më të bollshme sesa duhet të jenë”, thotë Mojzsis.
Shpjegimi që është dhënë gjithmonë është se, pasi Toka u ftohur mjaftueshëm për të formuar një kore të fortë, metale të tjera mbërritën në një shi meteorësh. Bazuar në moshën e shkëmbinjve hënor të raportuar nga astronautët e Apollo-s, gjeologët kanë propozuar idenë se shiu i meteorëve ishte veçanërisht intensiv midis 3.8 dhe 4.1 miliardë vjet më parë, duke e quajtur fenomenin bombardim të vonë stromatolite ndodhin në shkëmbinj që janë disa qindra milionë vjet më të rinj se periudha e bombardimit të vonë. Kjo është një dritare kohore shumë e ngushtë për të kaluar nga zero molekula organike në jetën e plotë qelizore.”
Ndikimi i domosdoshëm
Për Stephen Mojzsis, kataklizmi hënor i 4.47 miliardë viteve më parë mund të shpjegojë si bollëkun e metaleve të çmuara ashtu edhe fillimin e hershëm të jetës. Disa vite më parë, në vitin 2012, një ekip studiuesish (përfshirë Mojzsis) nga universitete të ndryshme në SHBA, Kanada dhe Francë, të koordinuar nga Aleksandra Mloszewska (departamenti i Shkencave të Tokës të Universitetit të Albertës, Kanada), botuar në Tokë dhe Planetar Science Letters rezultatet e një serie simulimesh kompjuterike të gjera, të cilat, bazuar në skenarët e njohur gjeologjikë të rajonit Nuvvuagittuq (Quebec, Kanada), konfirmuan se si shpërndarja aktuale e metaleve në Tokë mund të ketë origjinën nga shiu i mbeturinave nga një ndikim i tillë. .
Rezultatet pjesërisht të ndara nga ekipi i Simone Marchi (Instituti Kërkimor Jugperëndimor i Boulder, Kolorado), me ndryshimin se nuk do të ishte një goditje me madhësi hënore, si të thuash, por disa trupa “më të vegjël”, secili prej rreth një mijë kilometrash në diametër. . Në çdo rast, nëse ishte një goditje e vetme kolosale apo përplasje të shumta, ngjarja në tërësi do të kishte shkrirë koren silikate të tokës – e mbetur e regjistruar në historinë gjeologjike të planetit në izotopet e uraniumit dhe plumbit – dhe do të kishte ndikuar thellësisht në atmosferë e hershme.
Përpara këtyre ngjarjeve, magma dhe shtresa sipërfaqësore ftohëse do të kishin qenë gazra flluskues për miliona vjet – dioksid karboni, azot dhe dioksid squfuri – dhe asnjë nga këto gaze nuk është mjaft reaktive për të shkaktuar komponimet organike të nevojshme për të arritur në ARN.
Si të kërkoni jetë në botë të largëta
Përkundrazi, mbulesa e hidrogjenit e krijuar nga breshri metalik i ndikimit të madh (ose seria e goditjeve më të vogla) do të kishte formuar pikërisht llojin e atmosferës “reduktuese kimikisht” të nevojshme për të krijuar molekulat e para organike, është besimi. i Steven Benner – i ndarë nga Robert Hazen (i Laboratorit Gjeofizik të Institutit Carnegie për Shkencë, Uashington): «Në atë mjedis të veçantë atmosferik, gamën e gjerë të mineraleve në sipërfaqen e planetit mund të kishte vepruar si një katalizator për të shtyrë reaksionet kimike të nevojshme për të prodhuar substanca të thjeshta organike».
Misteri thellohet…
Si përfundim, le të themi se diskutimi që monopolizoi edicionin e fundit të takimit të Fondacionit për Evolucionin e Aplikuar Molekular, solli (pothuajse) të gjithë të bien dakord mbi hipotezën e përparësisë së ARN-së, pra për faktin se midis proteinave, ADN-së dhe ARN-së ishte kjo e fundit që u formua e para. Një fakt tashmë i marrë si i mirëqenë, i cili megjithatë krijon një problem aq të madh sa vetë jeta.
Problemi kryesor me botën e ARN-së është se ajo duhet të kishte qenë në gjendje të kopjonte me besnikëri ARN të tjera: për momentin, biologjia moderne nuk ka asnjë provë që një gjë e tillë është e mundur. Për më tepër, mbështetësit e botës së ARN-së janë të parët që pranojnë se nuk janë në gjendje të shpjegojnë se si ARN mund të kishte kopjuar vetveten, duke evoluar në jetën që ne njohim. Eksperimentet janë duke u zhvilluar në laboratorë në të gjithë botën për të eksploruar çdo kombinim të mundshëm të aftë për të çuar jetën nga bota e ARN-së në botën e sotme, por e vërteta është se, edhe nëse jemi në rrugën e duhur, ndoshta ende mungojnë disa pjesë nga Teoria jonë e Jetës.