Novo istraživanje otkriva uvjete ranog Zemljinog okoliša u kojima su se mogle oblikovati osnovne karike života.
Nakon gotovo pedeset godina znanstvene nesigurnosti, tim istraživača sa Sveučilišnog koledža u Londonu objavio je rad u časopisu Nature u kojem predstavlja teorijske uvjete na ranoj Zemlji pod kojima su se RNA i aminokiseline mogle povezati, stvarajući temelj za nastanak života prije otprilike četiri milijarde godina.
RNA, kemijski srodnik DNA, djeluje kao nacrt, dok aminokiseline predstavljaju građevne blokove od kojih nastaju prvi proteini. Novo istraživanje pokazuje da se ta kombinacija može spontano oblikovati u jednostavnom vodenom okolišu neutralnog pH.
Prvi koraci prema sintezi proteina
“Život se oslanja na sposobnost sinteze proteina, oni su ključne funkcionalne molekule. Razumjeti podrijetlo sinteze proteina znači razumjeti odakle je život došao”, istaknuo je voditelj istraživanja profesor Matthew Powner.
U suvremenim stanicama proteini nastaju u ribosomima, složenim molekularnim strojevima. Uputa za tu sintezu prenosi se putem RNA, koja posreduje između DNA i ribosoma. Kada ribosom primi uputu, pretvara je u protein građen od aminokiselina.
“Uspjeli smo reproducirati prvi korak tog složenog procesa: jednostavnom kemijom u vodi povezali smo aminokiseline i RNA. Reakcija je spontana, selektivna i sasvim moguća u uvjetima kakvi su vladali na ranoj Zemlji”, dodaje Powner.
Rješenje dugotrajnog problema
Pokušaji iz 1970-ih da se povežu RNA i aminokiseline uglavnom su bili neuspješni. Dosadašnji modeli koristili su vrlo reaktivne molekule koje su se u vodi brzo raspadale umjesto da stvore trajne veze.
Novo istraživanje preokrenulo je pristup. Umjesto nestabilnih spojeva, tim je upotrijebio tioester, visokoenergetsku kemijsku skupinu u obliku spoja s sumporom zvanog pantetein. Znanstvenici su i ranije pretpostavljali da bi tioesteri mogli biti važni u nastanku života, a danas znamo da imaju ključne uloge u suvremenim biološkim procesima.
Kako bi potvrdili rezultate, istraživači su se služili sofisticiranim metodama poput magnetske rezonancije i masene spektrometrije, jer se radilo o procesima koji su daleko izvan dosega svjetlosnih mikroskopa.
“Naša studija spaja dvije važne hipoteze o podrijetlu života – ‘RNA svijet’, u kojem je RNA temeljna molekula, i ‘tioester svijet’, gdje tioesteri služe kao izvor energije za prve oblike života”, pojasnio je Powner.
Pantetein kao karika koja nedostaje
Ovo nije prvo istraživanje londonskog tima vezano uz pantetein. Prošle godine objavili su rad koji pokazuje da su uvjeti na ranoj Zemlji mogli pogodovati njegovoj prirodnoj sintezi. Time je povećana vjerojatnost da je pantetein imao aktivnu ulogu u nastanku života.
Najnoviji rad ide korak dalje: pokazuje da se RNA može selektivno povezivati s određenim aminokiselinama, što predstavlja osnovu genetskog koda.
“Brojni problemi i dalje stoje pred nama, ali najizazovniji i najuzbudljiviji ostaje onaj o podrijetlu sinteze proteina,” rekao je Powner.
Glavna autorica studije, dr. Jyoti Singh, dodaje: “Zamislite dan kada bi kemičari iz jednostavnih, malih molekula sastavljenih od ugljika, dušika, vodika, kisika i sumpora uspjeli stvoriti spojeve sposobne za samoreplikaciju. To bi bio golem korak prema rješavanju pitanja podrijetla života.”
Moguća scena ranog života
Znanstvenici pretpostavljaju da bi se ovakve reakcije najvjerojatnije odvijale u plitkim jezerima ili lokvama, a ne u oceanima, gdje bi kemikalije bile previše razrijeđene.
Posebno je značajno da je u eksperimentima korišten aktivirani oblik aminokiseline u obliku tioestera, molekule koje danas nalazimo u koenzimu A, spoju prisutnom u svim živim stanicama.
“To otvara mogućnost povezivanja metabolizma, genetskog koda i građenja proteina u jedinstven okvir”, zaključuje Singh.
Ovo istraživanje ne daje konačan odgovor, ali spaja dvije velike teorije o podrijetlu života i pokazuje kako su se u jednostavnom prirodnom okruženju mogli oblikovati prvi koraci prema biokemiji koja danas čini sve poznate organizme.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
