Naujas tarptautinės mokslininkų grupės pasiūlytas modelis meta iššūkį įprastoms gyvenimo Žemėje atsiradimo teorijoms. Vietoj idėjos, kad pirmosios gyvybės formos formavosi vandenynuose, mokslininkai siūlo, jog viskas galėjo prasidėti iš dvokiančios, lipnios želė, prilipusios prie akmens paviršiaus.
Ši vadinamoji „pirmiausia gelis“ hipotezė gali pakeisti ne tik mūsų supratimą apie ankstyvąją Žemę, bet ir apie gyvybės paieškas kitose planetose.
Kaip galėjo atsirasti gyvybė: nauja „pirmiausia gelis“ teorija?
Tarptautinė mokslininkų komanda siūlo, kad gyvybė galėjo atsirasti gerokai anksčiau, nei susiformavo pirmosios ląstelės. Anot jų, pradžia galėjo būti lipni pusiau kieta masė, panaši į šiuolaikines bakterines bioplėveles, kurias šiandien matome ant akmenų vandens telkiniuose ar net ant nevalytų dantų emalio.
Tokio tipo gelinei matricai, pritvirtintai prie akmens ar kito paviršiaus, būtų buvusios būdingos savybės, galinčios sukurti palankias sąlygas gyvybei atsirasti – tiek Žemėje, tiek, teoriškai, ir kitur Visatoje.
Ši „žele“ hipotezė yra neįprasta, nes dauguma egzistuojančių modelių pirmuosius organinius procesus sieja būtent su skystu vandeniu – pirminiais vandenynais ar hidroterminėmis versmėmis, o ne su geline, pusiau kieta terpe. Tačiau tradicinės teorijos sunkiai paaiškina, kaip paprastos molekulės galėjo savaime susijungti į sudėtingas struktūras, tokias kaip RNR ar DNR, be papildomų „organizavimo“ mechanizmų.
Gelis, anot tyrėjų, būtent ir galėjo atlikti tokią organizuojančią, apsauginę ir koncentruojančią funkciją.
Gelių vaidmuo gyvybės atsiradime
Astrobiologas Tonis Cdzija iš Hirošimos universiteto su kolegomis pabrėžia, kad naujasis modelis atkreipia dėmesį ne tiek į pačias biomolekules ir biopolimerus, kiek į aplinką, kurioje jos galėjo atsirasti ir išlikti. Pasak mokslininkų, gelinė terpė galėjo „sulaikyti“ molekules, išdėstyti jas pakankamai tvarkingai ir stabiliai, kad šios įveiktų pagrindinius priešgyvybinės (prebiotinės) chemijos barjerus.
Ankstyvoji Žemė buvo itin atšiauri. Planetos paviršių pasiekdavo stipri ultravioletinė spinduliuotė, temperatūrų svyravimai buvo ekstremalūs, nebuvo apsauginės ozono sluoksnio „uždangos“, o sąlygos nuolat keitėsi. Tokia aplinka sunkiai dera su trapiais cheminiais procesais, reikalingais gyvybei atsirasti.
Gelinės priešgyvybinės struktūros, anot tyrėjų, galėjo veikti kaip apsauginis „skydas“: jos sugerdavo dalį žalingos spinduliuotės, išlaikydavo stabilią mikroaplinką, saugojo jautrias molekules nuo išplovimo ar suardymo. Svarbu ir tai, kad, pagal atnaujintą 2005 metais iškeltos hipotezės versiją, pirmosios protoląstelės nebuvo gyvybės pradžia. Priešingai – jos esą atsirado vėliau, kaip ilgo cheminio tvarkymosi ir saviorganizacijos gelyje rezultatas.
Mokslininkai savo darbe aprašo „pirmiausia gelis“ požiūrį: ankstyvoji gyvybė galėjo formuotis gelineje matricoje, pritvirtintoje prie kietų paviršių. Tokie geliai būtų leidę primityvioms cheminėms sistemoms įveikti pagrindinius priešgyvybinės chemijos iššūkius – koncentruojant molekules, jas atrenkant ir sulaikant, didinant reakcijų efektyvumą bei „buferiuojant“ (stabilizuojant) aplinkos sąlygas.
Pirmieji metabolizmo požymiai
Pagal šią hipotezę, būtent gelyje galėjo atsirasti pirmieji metabolizmo – medžiagų apykaitos – užuomazgos. Kai kurios cheminės medžiagos pradėjo keistis elektronais, vykdė redokso (oksidacijos–redukcijos) reakcijas, o ultravioletinė, matomoji ir infraraudonoji spinduliuotė tiekė energiją šioms reakcijoms – panašiai kaip šiandien augalai naudoja šviesą fotosintezei.
Gelinė terpė taip pat galėjo koncentruoti monomerus – paprastas statybines molekules, tokias kaip aktyvuoti nukleotidai ar aminorūgštys. Svarbu ir tai, kad gelis galėjo selektyviai sąveikauti su skirtingomis cheminėmis rūšimis: vienas „prisitraukti“ ir laikyti, kitas atmesti. Tokia selekcija būtų skatinusi sudėtingesnių struktūrų formavimąsi.
Drėgna, bet ne visiškai skysta gelio aplinka ypač palanki reakcijoms, kurios jungia monomerus į polimerus – ilgas sudėtingas grandines, panašias į tas, kurios sudaro baltymus ar nukleorūgštis. Skystame vandenyje tokie jungimosi procesai dažnai nusileidžia skilimui, tačiau gelio matricoje polimerizacija gali turėti pranašumą.
Reikšmė gyvybės paieškoms Visatoje
„Pirmiausia gelis“ hipotezė plečia ir gyvybės paieškų už Žemės ribų strategiją. Jei ji teisinga, tuomet kosminėse misijose reikėtų ieškoti ne tik konkrečių cheminių junginių ar, pavyzdžiui, skysto vandens telkinių, bet ir gelinei medžiagai būdingų struktūrų – lipnių, pusiau kietų darinių ant uolienų paviršių, kuriuose galėtų telktis ir tvarkytis organinės molekulės.
Ši kryptis dera su kitais pastarųjų metų atradimais. Mokslininkai iš Carnegie instituto, pasitelkę dirbtinį intelektą, aptiko cheminius gyvybės pėdsakus 3,3 mlrd. metų senumo uolienose. Tai atstumia ankstesnę „patikimų“ gyvybės įrodymų ribą maždaug 1,6 mlrd. metų atgal.
Naudodami pirolizės–dujų chromatografijos–masių spektrometriją ir mašininį mokymąsi, tyrėjai sugebėjo daugiau nei 90 % tikslumu atpažinti vadinamąsias „molekulines dvasias“ – stipriai suirusias, bet vis dar atsekamas biologines molekulių „parašų“ liekanas. Be to, pavyko identifikuoti fotosintezės pėdsakus 2,52 mlrd. metų senumo mėginiuose – tai maždaug 800 mln. metų anksčiau, nei manyta iki šiol.
Visi šie duomenys kartu nupiešia vaizdą, kuriame gyvybė Žemėje gali būti daug senesnė, nei buvome įsitikinę, o jos šaknys – gerokai keistesnės ir „gleivesnės“, nei įprasta įsivaizduoti žvelgiant tik į pirminių vandenynų platybes.
