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.

Jak bardzo "okrojony" może zostać metabolizm żywego organizmu? Wydawać by się mogło, że odpowiedzi na to pytanie należy poszukiwać na drodze badań nad organizmami genetycznie modyfikowanymi w celu blokowania u nich kolejnych dróg przemiany materii i energii. Natura dostarcza jednak niesamowitych modeli do badań nad tym zagadnieniem, o czym świadczy mikroorganizm odkryty przez dr. Jonathana Zehra z University of California. Gatunek zidentyfikowany przez dr. Zehra, noszący tymczasową nazwę UCYN-A, należy najprawdopodobniej do cyjanobakterii. Jest to jednak klasyfikacja co najmniej liberalna, nie wytwarza on bowiem wielu enzymów uznawanych za charakterystyczne dla tej grupy i jednocześnie niemal całkowicie niezbędnych do przeżycia na Ziemi. Mimo to UCYN-A żyje w oceanach i ma się nieźle, a do tego przeprowadza... wiązanie azotu atmosferycznego, proces uznawany za jeden z najbardziej energochłonnych w przyrodzie. Odkrycia UCYN-A dokonano w 1998 r. Wydawało się wówczas, że jest to zwykła cyjanobakteria, zdolna, jak ogromna większość jej krewniaków, do przeprowadzania fotosyntezy. Dopiero w 2008 roku dr Zehr ogłosił jednak na łamach prestiżowego czasopisma Science, że mikroorganizm ten nie syntetyzuje fotosystemu II - układu cząsteczek potrzebnego do wytwarzania chemicznych nośników energii dzięki energii światła. Jak się jednak okazało, było to dopiero pierwsze z wielu interesujących odkryć dotyczących tego gatunku. Wyniki swoich najnowszych badań naukowiec z Kalifornii opublikował w ostatnich dniach w czasopiśmie Nature. Dzięki kompleksowej analizie genomu UCYN-A wykazano, że badany mikroorganizm jest pozbawiony także wielu innych szlaków metabolicznych uznawanych za bardzo ważne dla życia. Należą do nich m.in.: cykl Calvina (seria przemian biochemicznych związanych z fotosyntezą), cykl Krebsa (konieczny dla zajścia wydajnego oddychania tlenowego), a nawet synteza ponad połowy z 20 podstawowych aminokwasów - elementów budulcowych białek. Jest naprawdę "odarty", ocenia metabolizm UCYN-A James Tripp, badacz z zespołu dr. Zehra. Moje analizy wykazują, że musi on korzystać z zewnętrznych źródeł cukrów, aminokwasów oraz dwóch z czterech zasad potrzebnych do wytwarzania DNA, opisuje naukowiec. Jednocześnie Tripp wymienia kolejną ciekawą cechą badanego mikroorganizmu: zdolność do przeprowadzania wiązania azotu atmosferycznego do form użytecznych biologicznie, jednego z najbardziej kosztownych pod względem energetycznym procesów w przyrodzie. Skąd niezwykła cyjanobakteria pobiera energię do życia? Tego aktualnie nie wie nikt. Teoretycznie wiele wskazuje na to, że może ona korzystać z pomocy symbiontów, lecz dotychczasowe badania nie wskazują na istnienie jakiegokolwiek organizmu ściśle współpracującego z UCYN-A. Kolejny raz mamy więc okazję przekonać się, jak niewiele wiemy o życiu na naszej planecie...