Život na Zemlji možda je započeo u jednostavnim želatinoznim strukturama na čvrstim površinama, mnogo prije pojave prvih stanica. Na tu mogućnost upućuje novo istraživanje međunarodnog tima znanstvenika iz Japana, Malezije, Ujedinjenog Kraljevstva i Njemačke, objavljeno u časopisu ChemSystemsChem. Autori razvijaju model u kojemu ključnu ulogu imaju takozcani prebiotički gelovi, a ne pojedinačne molekule u otopini.
Takav pristup donosi drukčiji pogled na najranije faze razvoja života na Zemlji i istodobno proširuje kriterije u potrazi za životom na drugim svjetovima.
Pozornica prebiotičke kemije
Kako je život uopće započeo jedno je od temeljnih pitanja znanosti, a odgovore se desetljećima pokušava rekonstruirati na temelju kemije, fizike i geologije, jer u ranu Zemlju nije moguće zaviriti izravnim promatranjem. Većina dosadašnjih scenarija usredotočena je na pojedine biomolekule i biopolimere, poput RNA ili prvih proteina, te na načine na koje su mogli spontano nastati i organizirati se.
“Dok se mnoge teorije usredotočuju na funkciju biomolekula i biopolimera, naša teorija uključuje ulogu gelova ili želatinoznim strukturama u podrijetlu života”, kaže Tony Z. Jia, profesor na Sveučilištu Hiroshima i jedan od glavnih autora rada. Tim predlaže prebiotički model u kojem gelaste strukture imaju središnju ulogu: rani se kemijski sustavi organiziraju unutar želatinoznih struktura pričvršćenih za čvrste površine.
Riječ je o ljepljivim, polukrutim materijalima koji svojstvima podsjećaju na današnje mikrobne biofilmove, tanke slojeve bakterija što prekrivaju stijene, površine jezerca ili različite materijale. U prebiotičkom okruženju takve primitivne gel-strukture mogle su zadržavati molekule, usmjeravati njihovo gibanje i stvarati mikroskopske džepove u kojima reakcije teku učinkovitije nego u razrijeđenoj otopini.
Polazeći od kemije meke tvari i uvida iz suvremene biologije, autori smatraju da su ti prebiotički gelovi mogli osigurati osnovnu strukturu i funkciju potrebnu da se jednostavni kemijski sklopovi postupno razviju prema većoj organiziranosti i složenosti, u razdoblju kada stanice s membranom još nisu postojale.
Od želatinoznih filmova do astrobiologije
Prema ovom modelu, površinski vezani gelovi mogli su riješiti nekoliko ključnih problema prebiotičke kemije. Unutar gel-struktura molekule se mogu lokalno koncentrirati, što povećava vjerojatnost sudara i reakcija. Istodobno, struktura gela omogućuje selektivno zadržavanje određenih sastojaka te ublažavanje naglih promjena u okolišu, poput fluktuacija temperature ili pH vrijednosti.
U takvim uvjetima rani kemijski sustavi mogli su razviti proto-metabolička ponašanja i jednostavne oblike samoreplikacije. To bi, smatraju autori, moglo postaviti pozornicu za biološku evoluciju mnogo prije nego što su nastale klasične stanice omeđene membranom. Evolucija bi u tom scenariju počela kao selekcija stabilnijih i učinkovitijih kemijskih mreža unutar tih struktura, a tek potom bi se pojavile stanice kakve danas poznajemo.
“Ovo je samo jedna teorija među mnogima u širokom području istraživanja podrijetla života”, ističe Kuhan Chandru, istraživač u Svemirskom znanstvenom centru Nacionalnog sveučilišta Malezije (UKM) i suvoditelj rada. “Ali budući da je uloga gelova u velikoj mjeri bila zanemarena, željeli smo povezati dosadašnje pojedinačne studije u koherentnu priču koja te primitivne gelove stavlja u središte rasprave.”
Autori koncept proširuju i na astrobiologiju. Prema njima, slični gel-sustavi mogli bi nastajati i na drugim planetima te predstavljati izvanzemaljske analogije biofilmovima, sastavljene od drukčijih kemijskih sastavnica, ovisno o lokalno dostupnim elementima i uvjetima. Umjesto da se potraga za životom svodi isključivo na prepoznavanje određenih molekula, ovakav pristup predlaže da se pozornost usmjeri i na same strukture, primjerice površinski vezane želatinozne filmove koji pokazuju organizirana svojstva.
Ova perspektiva širi način na koji se definiraju ciljevi budućih misija za detekciju života. Strukture koje zadržavaju, organiziraju i štite kemijske sastojke mogle bi postati jednako važan trag kao i prisutnost pojedinih molekula.
Od teorije prema eksperimentu
Sljedeći korak za istraživački tim bit će eksperimentalno testiranje predloženog modela. Znanstvenici planiraju proučavati kako se gelovi sastavljeni od jednostavnih kemikalija mogu spontano formirati u uvjetima sličnima onima na ranoj Zemlji. Pritom žele utvrditi koja svojstva ti gelovi pružaju nastajućim kemijskim sustavima: koliko učinkovito koncentriraju i zadržavaju molekule, koliko su stabilni, kako reagiraju na promjene okoliša i omogućuju li nastanak proto-metaboličkih ciklusa te jednostavnih oblika samoreplikacije.
“Nadamo se i da će naš rad potaknuti druge istraživače da detaljnije ispitaju ovu i druge nedovoljno istražene teorije o podrijetlu života”, kaže Ramona Khanum, jedna od autorica rada i bivša pripravnica na UKM-u. Istraživači naglašavaju da njihov prijedlog ne nastoji zamijeniti postojeće scenarije, nego im se pridružuje kao dodatna mogućnost koja stavlja naglasak na fizikalno okruženje, a ne samo na kemijski sastav.
Ako se pokaže da jednostavni, površinski vezani gelovi doista mogu spontano nastajati i pružiti stabilno, reaktivno okruženje za složenu kemiju, prebiotičke gel-strukture mogle bi zauzeti važno mjesto u mozaiku ideja o tome kako je neživa Zemlja postupno postala planet na kojemu je život mogu
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.
