Vodik nije samo jedno od goriva budućnosti (kako mnogi govore), poznato po svojoj sposobnosti sagorijevanja bez ispuštanja CO2, već je i temeljna sastavnica života od njegovih najranijih faza. Dok smo mi, ljudi, tek nedavno postali svjesni prednosti vodika (simboliziranog kemijskom oznakom H2), mikroorganizmi iskorištavaju njegove prednosti još od prvih dana postojanja života na Zemlji. Uistinu, vodik je služio kao izvor energije čak i za prve stanice koje su obitavale na našem planetu.
Te prastare stanice hranile su se vodikom koji je proizveden u hidrotermalnim izvorima na dnu oceana. U tim dubinama, gdje svjetlost ne dopire, vodik se kemijski spajao s ugljičnim dioksidom (CO2) stvarajući molekule neophodne za život. Ova činjenica nas vodi do zaključka da su najraniji oblici života mogli opstati u ekstremnim uvjetima, kao što su dubokomorski hidrotermalni izvori ili vruće stjenovite formacije unutar Zemljine kore. Upravo su takva mjesta, prema mnogim znanstvenicima, kolijevka života.
Ova nova saznanja dolaze zahvaljujući studiji objavljenoj u časopisu PNAS, a iza nje stoje istraživački timovi Williama F. Martina s Sveučilišta u Düsseldorfu i Martine Preiner s Max Planck Instituta za terestričku mikrobiologiju u Marburgu, uz podršku suradnika iz Njemačke i Azije.
Vodik kao izvor energije
Jedan od bitnih otkrića u studiji je kako stanice koriste vodik kao izvor energije, a to uključuje proces koji se može usporediti s postizanjem “nemogućeg” u prirodi – kao da tražimo od rijeke da teče uzbrdo. Max Brabender, jedan od glavnih istraživača studije, objasnio je ovu zagonetku na pristupačan način. Prije samo 15 godina, znanstvenici su otkrili kako stanice uspijevaju prevladati ovu izazovnu prepreku. To otkriće promijenilo je naše razumijevanje i pokazalo se kao revolucionarno u polju biologije.
Proces, nazvan “electron bifurcation ili bifurkacija elektrona”, uključuje slanje dva elektrona iz vodika različitim putanjama, gdje jedan elektron “putuje nizbrdo” pokrećući mehanizam sličan koloturu, koji zatim omogućava drugom elektronu da se “popne uzbrdo”. Za ovaj proces potrebni su razni enzimi koji elektrone šalju do feredoksina, drevnog i ključnog biološkog nosača elektrona.
No, nova studija otkriva da u uvjetima prirodno alkalnih izvora, gdje je pH 8,5, “nije potrebno prisustvo proteina”. Wolfgang Buckel, suautor studije, pojašnjava da se vodikova veza cijepa na površini željeza, stvarajući protone koji reagiraju s alkalnom vodom i elektrone koji se onda mogu direktno prenijeti na feredoksin. Kako su rani oblici života uspjeli iskoristiti vodik za stvaranje energije prije pojave enzima i samih stanica bilo je velika zagonetka za znanstvenike. Tim je otkrio jednostavan proces koji funkcionia pod prirodnim uvjetima hidrotermalnih izvora, što predstavlja značajno otkriće u razumijevanju porijekla života.
Ključan drevni mehanizam
Proces bifurkacije elektrona ne samo da je ključan i drevan mehanizam za mikrobe koji se oslanjaju na vodik, već izaziva i pitanje kako su se mehanizmi fiksacije CO2, koji koriste vodik, mogli odvijati prije razvoja složenih proteina. Martina Preiner i njezin istraživački tim ističu ulogu metala prisutnih u drevnim okolišnim uvjetima kao ključnih faktora u tom procesu, čije tragove i danas možemo vidjeti u funkcijama suvremenih stanica.
Hidrotermalni izvori, koji obiluju željezom, služe kao živući laboratoriji u kojima i dan-danas možemo promatrati ove drevne procese. Fascinantno otkriće da priroda koristi vodik za transformaciju minerala u metalno željezo, osobito unutar hidrotermalnih izvora, otvara nove perspektive u razumijevanju nastanka života u takvim specifičnim okruženjima.
Ova studija ne samo da nudi dublji uvid u kompleksnost procesa na samim počecima života, već i ukazuje na to da su relativno jednostavne kemijske reakcije mogle imati ključnu ulogu u formiranju prvih oblika života na našem planetu. Osim toga, eksperimentalno potvrđivanje ovih procesa u laboratorijskim uvjetima koji simuliraju drevne hidrotermalne izvore pruža očaravajuću sliku o tome kako su prvi oblici života mogli nastati.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
