Menurut satu hipotesis, kehidupan prekelular primitif muncul lebih dari empat bilion tahun yang lalu di darat di antara gunung berapi dan fumarol, yang menyediakan semua kimia yang diperlukan untuk pemeliharaan dan pemakanannya. Ini mungkin berlaku di Bumi dan di Marikh.
Sel hidup adalah organisma yang sangat kompleks yang menggabungkan banyak unsur, mekanisme dan proses. Bagaimana ia dibentuk tidak diketahui. Sebilangan saintis cuba mensintesis sel secara keseluruhan, yang lain beralih dari yang sederhana ke yang kompleks, mengetahui bagaimana bahagian penyusunnya dibentuk secara berasingan dan kemudian berkembang selama berbilion tahun.
Untuk masa yang lama, dipercayai bahawa kehidupan berasal dari lautan, tetapi baru-baru ini sudut pandang ini telah dikritik. Walaupun air adalah sebahagian daripada sel, ia berbahaya untuk sintesis biomolekul secara spontan. Selain itu, tidak ada bukti bahwa laut dan lautan ada di permukaan planet lebih dari empat miliar tahun yang lalu, ketika proses asal usul kehidupan seharusnya dimulakan.
Kimia Dunia RNA
Peranan kehidupan proto dituntut oleh molekul asid ribonukleik, RNA. Mereka dapat menyimpan maklumat, menghasilkan semula, mensintesis protein dan secara bebas melakukan banyak fungsi yang berbeza, yang dalam sel moden telah mengambil alih DNA, enzim dan molekul biologi lain.
Molekul RNA terdiri daripada nukleotida bergantian yang dihubungkan oleh jambatan oksigen. Para saintis telah lama berusaha mencipta semula rangkaian rantai polimer molekul kompleks ini, tetapi penemuan itu hanya berlaku pada tahun 2009, ketika penyelidik Britain, Matthew Powner dan John Sutherland menerbitkan hasil eksperimen mengenai sintesis dua nukleotida RNA - sitosin dan urasil. Mereka diperoleh dalam keadaan makmal dari bahan organik sederhana dan fosfat setelah penyinaran ultraviolet.
"Mereka mensintesis dua nukleotida semula jadi sepenuhnya. Ini adalah satu kejayaan yang luar biasa, "- kata RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, Doktor Sains Biologi, pegawai A. N. Belozersky Institut Penyelidikan Biologi Fizikal dan Kimia, Lomonosov Moscow State University, pegawai Jabatan Fizik Universiti Osnabruck (Jerman).
Video promosi:
Nukleotida terdiri daripada asas nitrogen, gula (ribosa) dan kumpulan fosfat, apabila melekat pada mana tenaga disimpan. Alexander Butlerov menunjukkan cara mendapatkan campuran gula kompleks dari bahan organik pada tahun 1859. Satu setengah abad kemudian, ahli kimia Amerika Steven Benner mendapati bahawa agar reaksi ini dapat membentuk ribosa secara selektif, molibdenum oksida diperlukan sebagai pemangkin. Di samping itu, untuk menstabilkan gula yang dihasilkan, diperlukan banyak borat - garam asid borat. Benner berteori bahawa keadaan kimia seperti itu boleh wujud di suatu tempat di padang pasir, seperti ketinggian basalt kering, kering.
Memang, Marikh dan Bumi awal sangat serupa. Mars mungkin mempunyai atmosfer yang lebih teroksidasi daripada Bumi kuno, dan simpanan borat telah dijumpai di sana, menunjukkan aktiviti geoterma lama. Separuh wilayah Mars terdiri dari batuan yang berusia lebih dari empat bilion tahun, jadi masuk akal untuk mencari jejak kehidupan di sana. Kerana tektonik plat, batuan pada zaman ini tidak bertahan di Bumi,”jelas Mulkidzhanyan.
Gunung berapi Solfatara, Phlegraean Fields, Italy / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Tidak ada kehidupan tanpa cahaya
Pakar tenaga sel Armen Mulkidzhanyan telah lama menangani masalah asal usul kehidupan, yang mempunyai tradisi terhormat dalam sains Soviet dan Rusia. Cukuplah mengatakan bahawa Akademisi Alexander Oparin dianggap sebagai bapa pengasas ke arah ilmiah ini di seluruh dunia.
Mulkidzhanyan dan rakan sekerja mencadangkan bahawa sinar ultraviolet boleh menjadi faktor utama dalam pemilihan biomolekul pertama. Suasana kuno tidak mengandungi oksigen dan ozon. Ini mempertahankan biomolekul yang pada awalnya dapat dipanaskan oleh sinar matahari tanpa membusuk. Ini dibuktikan oleh fakta bahawa semua asas nitrogenous RNA mempunyai sifat ini. Tetapi protoorganisma hidup hampir tidak tahan dengan sinaran kosmik yang keras, kata ahli biologi. Ini bererti bahawa tidak ada pertanyaan mengenai penghantarannya oleh meteorit dari Marikh ke Bumi.
Medan panas bumi yang terbentuk di sekitar gunung berapi sesuai untuk asal usul kehidupan. Daripada air, seperti di geyser, wap keluar dari mata air panas, tepu dengan semua komponen yang diperlukan. Ia mengandungi karbon dioksida, hidrogen, ammonia, sulfida, fosfat, molibdenum, borat, kalium - dan terdapat lebih banyak daripada natrium. Kalium juga mendominasi sel-sel semua organisma, kerana jika tidak, biosintesis protein adalah mustahil. Seperti yang ditunjukkan oleh Mulkidzhanyan dan rakan sekerja, kalium sangat penting untuk fungsi protein yang paling kuno. Bioinformatics Evgeny Kunin berjaya menghitungnya pada tahun 2000 semasa pembinaan semula nenek moyang semua organisma selular - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
Protein yang memberi kod untuk gen LUCA juga menggunakan ion zink sebagai pemangkin atau blok bangunan.
"Zink sulfida dapat membentuk semua bakteria. Menariknya, kristal zink sulfida dan kadmium sulfida yang serupa mampu mengurangkan karbon dioksida kepada molekul organik, berpotensi "dimakan" di bawah cahaya ultraviolet. Oleh itu, organisma hidup pertama dapat menutupi diri mereka dengan kristal mineral ini untuk melindungi diri dari sinaran ultraviolet dan mendapatkan makanan,”jelas saintis itu.
Zink tidak menentu, perlahan-lahan mengkristal dan mendakan, tidak seperti besi dan tembaga, di pinggir ladang panas bumi, di mana ia tidak panas.
"Di pinggiran ladang yang sejuk, 'cincin kehidupan' mungkin terbentuk di sekitar mata air panas," kata penyelidik itu.
Medan panas bumi masih ada di Bumi - tidak seperti Marikh, yang ususnya telah sejuk. Armen Mulkidzhanyan, bersama dengan ahli geologi Andrey Bychkov dari Universiti Negeri Moscow Lomonosov, mengkaji keadaan kimia fumarol berhampiran gunung berapi Mutnovsky di Kamchatka. Keadaan serupa diperhatikan di Taman Negara Yellowstone di Amerika Syarikat, di ladang panas bumi Lardarello di Itali dan Matsukawa di Jepun.
Baru-baru ini, jejak ladang panas bumi berusia 3,5 bilion tahun ditemui di wilayah Pilbara di Australia, tempat yang sama di mana terdapat jejak komuniti hidup tertua di Bumi.
Tatiana Pichugina
