Prije tri milijarde godina život na Zemlji ovisio je o rijetkom metalu

Prije više od tri milijarde godina, dok je Zemlja još bila planet s vrlo malo kisika, najraniji mikrobi već su koristili molibden, metal koji je tada u okolišu bio iznimno rijedak. Novo istraživanje objavljeno u časopisu Nature Communications prvi put pokazuje da je molibden bio dio biokemije života tako duboko u prošlosti našeg planeta.

Taj nalaz mijenja dosadašnju sliku najranijeg metabolizma. Život, čini se, nije čekao da molibden postane lako dostupan. Koristio ga je već u arhaiku, davno prije velikog porasta kisika u atmosferi.

Molibden je danas važan za život na Zemlji jer se nalazi u enzimima koji ubrzavaju neke od temeljnih reakcija u stanicama. Ti enzimi sudjeluju u procesima povezanima s ugljikom, dušikom i sumporom, elementima bez kojih nema stabilne biokemije.

Njegova je uloga šira od života pojedinačnih organizama. Molibden sudjeluje u reakcijama koje utječu na velike biogeokemijske cikluse, uključujući ciklus dušika, jedan od ključnih procesa za funkcioniranje planeta. Bez molibdena bi se dio tih reakcija mogao događati i prirodno, ali presporo da bi održavao život kakav poznajemo.

Betül Kaçar sa Sveučilišta Wisconsin-Madison, autorica studije, objašnjava da se molibden nalazi u katalitičkom središtu enzima koji pokreću velike reakcije ugljika, dušika i sumpora. Zato pitanje kada ga je život počeo koristiti zapravo otvara mnogo veće pitanje: kada su nastale metaboličke strategije koje su najranijim organizmima omogućile da aktivno mijenjaju kemiju svojeg okoliša.

Prije kisika, molibden je bio rijetkost

Danas molibden nije teško dostupan element. U okolišu ga ima dovoljno da ga život može redovito uključivati u enzime koji sudjeluju u ključnim kemijskim reakcijama. Na mladoj Zemlji situacija je bila posve drukčija.

Geološki podaci pokazuju da su oceani u arhaiku sadržavali tek tragove otopljenog molibdena. Njegova dostupnost počela je rasti tek kasnije, kada su fotosintetski mikroorganizmi postupno mijenjali kemiju planeta.

Ta je promjena kulminirala Velikim događajem oksigenacije prije približno 2,45 milijardi godina, kada se u atmosferi počela nakupljati znatno veća količina kisika. Bio je to jedan od najvećih prijeloma u povijesti Zemlje: promijenio je oceane, atmosferu i uvjete u kojima se život mogao razvijati.

Novo istraživanje zato pomiče molibden dublje u biološku prošlost planeta. Ako njegova upotreba doista seže u razdoblje prije otprilike 3,7 do 3,1 milijardu godina, tada su ga mikrobi koristili mnogo prije nego što je kisik promijenio kemiju Zemlje.

Nije sve počelo s volframom

Znanstvenici su ranije razmatrali mogućnost da se najraniji život u ključnim reakcijama najprije oslanjao na volfram. Taj se metal u nekim biokemijskim procesima ponaša slično molibdenu, a i danas ga koriste pojedini mikroorganizmi koji žive u ekstremnim okolišima.

Takva je pretpostavka imala jasnu logiku. Ako je molibden na mladoj Zemlji bio teško dostupan, moglo se činiti da su ga organizmi počeli koristiti tek kasnije, kada ga je u okolišu bilo više. U tom bi scenariju volfram bio stariji biokemijski alat, a molibden kasnija prilagodba.

Nova studija pokazuje da je ta slika vjerojatno previše pojednostavljena.

Istraživački tim prikupio je podatke o dostupnosti molibdena kroz Zemljinu geološku prošlost i usporedio ih s evolucijskom poviješću enzima koji koriste metale. Rekonstrukcija upućuje na to da enzimski sustavi povezani s molibdenom i oni povezani s volframom imaju vrlo stare korijene, duboko u arhaiku.

To ne izgleda kao jednostavan prijelaz s jednog metala na drugi. Vjerojatnije je da je rana biokemija već tada koristila više kemijskih rješenja, ovisno o lokalnim uvjetima i dostupnosti pojedinih elemenata.

Gdje su drevni mikrobi pronalazili molibden?

Ključno pitanje ostaje dostupnost. Ako je molibden u drevnim oceanima bio rijedak, gdje su ga mikrobi mogli pronaći?

Jedan od mogućih odgovora nalazi se na morskom dnu. Hidrotermalni izvori oslobađaju vodu bogatu različitim metalima, među njima željezom, cinkom, bakrom, niklom, manganom, vanadijem, kobaltom, volframom i molibdenom.

Takva su mjesta mogla biti lokalna područja u kojima su rijetki elementi bili dostupniji nego u otvorenom oceanu. Ranim mikrobima nije bio potreban cijeli ocean bogat molibdenom. Dovoljna su bila područja u kojima ga je bilo dovoljno za organizme koji su ga znali iskoristiti.

U tome je važnost novog nalaza. Molibden nije morao biti čest da bi bio biološki važan. Njegova kemijska vrijednost mogla je biti toliko velika da su mikroorganizmi razvili načine da ga pronađu, vežu i ugrade u svoje enzime.

Kaçar ističe da molibden može sudjelovati u katalizi u širokom rasponu kemijskih uvjeta. Upravo je to moglo biti presudno. Njegova oskudica nije značila da je bio nevažan. Naprotiv, njegove su prednosti možda bile dovoljno velike da ga je život počeo koristiti vrlo rano.

Što to znači za potragu za životom izvan Zemlje?

Ovo istraživanje ne govori samo o ranoj Zemlji. Ono mijenja i način na koji razmišljamo o mogućem životu na drugim svjetovima.

Potraga za životom često polazi od pitanja nalikuje li neki planet današnjoj Zemlji. No rana Zemlja nije bila takav planet. Imala je drukčiju atmosferu, drukčiju kemiju oceana i drukčiju dostupnost metala. Unatoč tome, život je već tada razvijao složene biokemijske strategije.

To je važna poruka za astrobiologiju. Život ne treba tražiti samo ondje gdje uvjeti podsjećaju na današnju Zemlju bogatu kisikom. Treba razmotriti i biokemijske strategije koje bi imale smisla na svijetu s drukčijom poviješću atmosfere, drukčijim oceanima i drukčijom raspodjelom elemenata.

Ako je najraniji život na Zemlji mogao koristiti rijedak metal zato što mu je donosio jasnu kemijsku prednost, tada bi i život drugdje mogao razviti rješenja koja nam nisu odmah očita. Molibden je zato u ovoj priči više od jednog elementa. On je trag drevne sposobnosti života da u ograničenom okolišu pronađe ono što mu je potrebno za opstanak

Ivan Petričević

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.