Znajdź zawartość

Zagadnienie powstania życia jest pełne zagadek. Mimo że nauka rozwiewa kolejne tajemnice, wciąż pozostało wiele do wyjaśnienia, a najtrudniejsze są problemy typu „jajko czy kura". Okazuje się, że niektóre z nich rozwiązują właściwości chemiczne metali przejściowych. Od pięćdziesięciu lat wielkim problemem teorii powstania życia jest fakt, że do powstania monomerów potrzebne są pełniące rolę katalizatorów duże cząsteczki białek, a te zbudowane są właśnie z monomerów - tłumaczy Harold Morowitz z George Mason University. Zwykło się uważać, że jeśli zrozumiemy rolę węgla, wodoru, azotu, tlenu, fosforu i siarki, będziemy natychmiast w stanie pojąć istotę życia - kontynuuje Morowitz. Ale skoro odkrywamy, że inne stosunkowo rzadkie pierwiastki, metale przejściowe, są niezbędne w biologii, musimy też zapytać o ich rolę w powstaniu życia. Zarys rozwiązania pojawił się podczas studiowania tablicy okresowej pierwiastków. Uważamy, że bez zrozumienia, jaką rolę pełnią zwykłe reakcje chemiczne, nie rozwiążemy problemu. Wiarygodne i proste rozwiązanie tej zagadki zaproponowali Morowitz, Vijayasarathy Srinivasan (również pracownik GMU) oraz Eric Smith z Santa Fe Institute. Uważają oni, że metale przejściowe (żelazo, miedź, nikiel itp.) mogą służyć jako prosty katalizator umożliwiający powstawanie aminokwasów i nukleotydów. Byłby to trzeci znany rodzaj katalizatora, oprócz białek i rybozymów. Według modelu zaproponowanego przez uczonych, właśnie w ten sposób, podczas reakcji w podwodnych kominach geotermalnych (już dawniej łączonych z powstaniem życia), „zastartował" metabolizm, czyli samopodtrzymywanie się życia. Metale przejściowe mogą łączyć się z ligandami (atomami w związkach kompleksowych, które są bezpośrednio przyłączone do atomu centralnego); atom metalu przejściowego działa wtedy jak ośrodek kompleksu metalowo-ligandowego. Tak mogły one katalizować powstawanie najprostszych monomerów, które z kolei stanowiły podstawę bardziej złożonych cząsteczek. Według pomysłodawców tej teorii, życie mogło się rozpocząć dzięki redukcyjnemu cyklowi kwasu cytrynowego (tzw. cyklowi Krebsa, cyklicznemu szeregowi reakcji biochemicznych, niezbędnych wielu mikroorganizmom). Istnieją dowody, że właśnie w środowisku kominów hydrotermalnych panują dogodne warunki do jego przebiegu. Morowitz i współpracownicy zamierzają teraz przeprowadzić eksperymenty sprawdzające katalityczne właściwości związków metali z różnymi ligandami. Interesującą konsekwencją tej teorii jest fakt, że powstanie życia byłoby na tyle proste, że mogło do niego dojść nie raz, lecz wielokrotnie. Oznaczałoby to, że powstanie życia jest bardzo prawdopodobne nie tylko na naszej planecie, ale również poza nią.

Atmosfera naszej planety jest wyjątkowa: nie tylko zapewnia nam warunki do życia na jej powierzchni, ale - razem z ziemskim polem magnetycznym - chroni nas przed szkodliwym wpływem promieniowania kosmicznego oraz mniejszymi meteorytami. Nie każda planeta ma atmosferę, a te, które ją mają, często ją tracą, kiedy gazy atmosferyczne uciekają w przestrzeń. Pewien niepokój może więc budzić fakt, że atmosfera naszej planety staje się ostatnio rekordowo rzadka. Nie ma oczywiście żadnych powodów do obaw, że Ziemia nagle utraci swoją atmosferę. Ale duże, odnotowane ostatnio zmiany, mogą stanowić sygnał niekorzystnych zjawisk. Odkryta anomalia dotyczy jej górnych warstw termosfery i egzosfery, obszaru pomiędzy 200 a 600 kilometrów nad ziemią. Gęstość atmosfery na takiej wysokości to zaledwie jedna miliardowa gęstości przy poziomie gruntu. Ma ona jednak znaczenie praktyczne: nawet przy takim rozrzedzeniu wywiera istotny wpływ na krążące na niskiej orbicie satelity. Atmosferyczne hamowanie musi być uwzględnione przy planowaniu orbity. Zbyt gęsta atmosfera może spowodować wyhamowanie obiektu na orbicie i w rezultacie upadek na ziemię, dotyczy to również całe masy orbitalnych śmieci: nieczynnych satelitów, czy ich fragmentów. Dlatego ta część atmosfery jest uważnie monitorowana od wielu lat. Zespół naukowców z amerykańskiego Laboratorium Badawczego Marynarki (Naval Research Laboratory) oraz Uniwersytetu George'a Masona (George Mason University) odkryli, że ostatnio ziemska atmosfera w jej górnych warstwach osiągnęła niespotykanie niską gęstość, najmniejszą od 43 lat. Gęstość atmosfery na tej wysokości zależy od jej temperatury - im jest cieplejsza, tym bardziej staje się gęsta i tym dalej rozciąga się w kosmos. Co więc spowodowało ochłodzenie jej górnych warstw? Na temperaturę atmosfery na tej wysokości mają wpływ dwa czynniki: podgrzewanie jej poprzez absorpcję promieniowania ultrafioletowego, oraz chłodzenie podczas wypromieniowywania ciepła przez dwutlenek węgla. Ilość docierającego do Ziemi ultrafioletu spadła, ponieważ nasze słońce było ostatnio w cyklu niskiej aktywności, w dodatku cykl ten był wyjątkowo spokojny. Ten efekt nie może jednak wg obliczeń odpowiadać za aż tak duży spadek temperatury i gęstości. I tu przychodzi drugi czynnik: dwutlenek węgla, czyli najpopularniejszy gaz cieplarniany. Przy powierzchni ziemi powoduje on zatrzymywanie ciepła, jednak jego większa produkcja na ziemi to również większa jego ilość w wyższych partiach atmosfery, a tam oddaje on ciepło poprzez promieniowanie podczerwone. Pokazuje to, jak skomplikowane i niejednoznaczne są mechanizmy praw natury. Wciąż jednak, wg autorów badania, odnotowany spadek gęstości jest zbyt duży, aby odpowiadały za niego tylko te dwa czynniki. Naukowcy uważają, że istotne tu są zmiany składu chemicznego naszej atmosfery i proporcje różnych gazów. Pamiętajmy, że niektóre z nich dają „efekt cieplarniany" setki lub nawet tysiące razy silniejszy niż CO2. Konieczne są zatem dalsze badania, aby przewidzieć dalszy przebieg tego procesu i jego skutki.