Η ζωή στη Γη έρχεται από μακριά

Από ιστοσελίδα του Πανεπιστημίου της Αριζόνα, 23 Φεβρουαρίου 2004

Έναν αιώνα πριν, όταν οι βιολόγοι συνήθιζαν να μιλούν για την αρχέγονη σούπα από την οποία προήλθε όλη η ζωή στη γη, πιθανώς δεν φαντάστηκαν ποτέ από πόσο μακριά μπορεί να είχαν έρθει τα αρχέγονα συστατικά της.

Πρόσφατα συμπεράσματα θέλουν την προέλευση της ζωής να φτάνει πολύ μακριά από τον πλανήτη μας. Έτσι, η εξέλιξη στην αρχέγονη Γη μπορεί να είχε επηρεαστεί από υλικά που μας έφτασαν από το μακρινό διαστρικό χώρο.

Σε μία έρευνα, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Science, η Sandra Pizzarello καθηγήτρια Χημείας του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Αριζόνα, υποστηρίζει ότι υλικά από πολύ μακριά,  σαν το διαστρικό χώρο, θα μπορούσαν ενδεχομένως να έχουν διαδραματίσει έναν κυρίαρχο ρόλο στην δημιουργία εκείνης της χημείας, που είναι θεμελιώδης για την προέλευση της ζωής σε αυτόν τον πλανήτη.

Στη δημοσίευση, η Pizarello και ο συνεργάτης της Arthur L. Weber του Ινστιτούτου SETI, δείχνουν ότι η αποκλειστική μορφή των πρωτεϊνών και των σακχάρων της ζωής στη Γη, που είναι αριστερόστροφα ή δεξιόστροφα - ένα φαινόμενο γνωστό ως chirality, θα μπορούσε στην πραγματικότητα να οφείλεται στη χημική συμβολή των αμέτρητων μετεωριτών που συγκρούστηκαν με τον πλανήτη μας κατά τη διάρκεια της αρχικής φάσης της ιστορίας του.

Αριστερά: Οι ενώσεις PAH που αποτελούνται από δύο ή περισσότερους συνδεδεμένους βενζολικούς δακτυλίους, που μοιράζονται άτομα του άνθρακα. Είναι, δε, η πιο γνωστή άφθονη οργανική ένωση στο Σύμπαν

Αυτή η έρευνα δίνει μια εύλογη εξήγηση για το πώς, με μια μικρή βοήθεια από εξωτερικό, η ανόργανος χημεία  - χαρακτηρισμένη από το τυχαίο και την πολυπλοκότητα - γίνεται η διατεταγμένη και η καθορισμένη χημεία της ζωής.

Μετεωρίτες

Η Pizzarello μελέτησε μετεωρίτες και τις χημικές ουσίες που βρίσκονταν μέσα τους. Ένας ιδιαίτερος τύπος μετεωρίτη - ανθρακούχος χονδρίτης - έχει ένα ιδιαίτερο ενδιαφέρον. Οι ανθρακούχοι χονδρίτες είναι πολύ πρωτόγονοι, πετρώδεις μετεωρίτες που περιέχουν οργανικό άνθρακα.

Οι χονδρίτες είναι πρωτογενείς μετεωρίτες, υπολείμματα των οποίων έχουν βρεθεί και στη Γη. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι οι χονδρίτες σχηματίστηκαν μαζί με τους πλανήτες πριν από δισεκατομμύρια χρόνια

Αυτοί οι μετεωρίτες είναι σπάνιοι, αλλά και πολύ συναρπαστικοί για τους χημικούς, που ενδιαφέρονται  για την προέλευση της ζωής στη Γη και το ηλιακό σύστημα. Περιέχουν αμινοξέα - τα μόρια που αποτελούν τις πρωτεΐνες, και ένα θεμελιώδες κομμάτι της χημείας της ζωής.

Σύμφωνα με την Pizzarello, ήταν γνωστό εδώ κι έναν αιώνα ότι υπάρχουν μεγάλα ποσά άνθρακα, υδρογόνου και αζώτου - τα βιογονικά (biogenic) όπως λέγονται στοιχεία - στο σύμπαν. Και ότι είναι λογικό να υποτεθεί ότι αυτά τα στοιχεία μπορεί να έχουν εξελιχθεί χημικά προτού  ακόμη ξεκινήσει η ζωή.

Έτσι, σύμφωνα με την Pizzarello, που μελετά τους μετεωρίτες από τη συλλογή στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνας (ASU) -που έχει τη μεγαλύτερη πανεπιστημιακή συλλογή μετεωριτών στον κόσμο- οι μετεωρίτες είναι τα μόνα αποδεικτικά στοιχεία των χημικών εξελίξεων, που έχουν στη διάθεση τους σήμερα οι επιστήμονες.

Οι νέες τεχνικές ανάλυσης των μετεωριτών οδήγησαν τους ερευνητές σε μεγάλες σημαντικές ανακαλύψεις για την προέλευση αυτών των μετεωριτών και το πώς σχηματίστηκαν. Και μάλιστα είναι πολύ συναρπαστικό ότι στην εργασία, που δημοσίευσαν η Pizzarello και οι συνάδελφοι της, εξερευνούν το είδος της συμβολής που είχαν οι μετεωρίτες πάνω στη χημική εξέλιξη στη πρώιμη Γη.

Η εργασία τους εξετάζει ένα πολύ δύσκολο κομμάτι της έρευνας. Το συσχετισμό της χημικής εξέλιξης που προήλθε από τους μετεωρίτες και της προέλευσης της επίγειας ζωής στη Γη. Σύμφωνα με την Pizzarello, το πρόβλημα είναι ότι η χημική εξέλιξη - που βλέπουμε στους μετεωρίτες - χαρακτηρίζεται από το τυχαίο, ενώ η ζωή στη γη στηρίζεται στην ιδιομορφία - ιδιαιτερότητα και την επιλογή.

Παραδείγματος χάριν, οι μετεωρίτες περιέχουν πάνω από 70 αμινοξέα. Και μόνο 20 αμινοξέα αποτελούν τις πρωτεΐνες της ζωής. "Υπάρχει μια βασική δυσκολία να βρούμε πώς πάμε από τη σύγχυση και το τυχαίο στη λειτουργικότητα και την ιδιαιτερότητα", λέει η Pizzarello.

Μέχρι τώρα, μόνο ένα γνώρισμα έχει βρεθεί να είναι παρόμοια, ως ένα βαθμό, μεταξύ των αμινοξέων στους μετεωρίτες και των βιοπολυμερών: των L-μορφών (αριστερόμορφα).

Επειδή τα οργανικά μόρια μπορούν να είναι ασυμμετρικά, εάν αυτά έχουν διαφορετικές ομάδες συνδεδεμένες με με ένα άτομο άνθρακα, μπορούν να διευθετούνται στο χώρο με δύο τρόπους, όπως τα δύο χέρια, έτσι είτε είναι αριστερόμορφα-L είτε δεξιόμορφα-D. Όλες οι πρωτεΐνες, που περιέχονται στους οργανισμούς στη Γη, αποτελούνται από L-αμινοξέα, ενώ τα ζάχαρα των οργανισμών έχουν D-δομή. Οι επιστήμονες το ονομάζουν "homochirality".

Μια υπεραφθονία της L-μορφής (η γνωστή εναντιομέρεια), έχει βρεθεί επίσης σε μερικά αμινοξέα πάνω στους μετεωρίτες.

Οι Pizzarello και Weber επινόησαν ένα πείραμα για να βρουν εάν τα αμινοξέα που βρέθηκαν με την L-εναντιομέρεια στους μετεωρίτες θα μπορούσαν ή όχι να έχουν μεταφέρει την ασυμμετρία τους, κατά τη διάρκεια των οργανικών συνθέσεων στην αρχική Γη.

Σε αυτή την περίπτωση, οι μετεωρίτες θα μπορούσαν να προσφέρουν μια σταθερή εισροή τέτοιων υλικών - ειδικά κατά τη διάρκεια της πρώτης περιόδου της ιστορίας του ηλιακού συστήματος, στην οποία η Γη και άλλοι πλανήτες κτυπιόνταν αλύπητα από τους μετεωρίτες.

Η Pizzarello και ο Weber αναφέρουν στο Science ότι στην πραγματικότητα το πείραμά τους πέτυχε να παρουσιάσει αποδείξεις γι" αυτήν την πιθανότητα. Στο εργαστήριο, κατά το σχηματισμό ζαχάρων στο νερό, χρησιμοποιώντας αντιδράσεις που θεώρησαν ότι μπορεί να είχαν γίνει στην αρχική φάση της γης, η ασυμμετρία στα αμινοξέα οδήγησε σε μια παρόμοια ασυμμετρία και στα ζάχαρα.

Οι Pizzarello και Weber ήταν έτσι σε θέση να καταλήξουν στο συμπέρασμα ότι η παράδοση του υλικού από το εξωτερικό διάστημα μέσω των μετεωριτών - παρά το τυχαίο και την πολυπλοκότητα αυτών των υλικών - θα μπορούσε στην πραγματικότητα να έχει "ωθήσει" τη χημική εξέλιξη στη Γη προς την homochirality.

H Pizzarello επισημαίνει όμως ότι αυτά τα συμπεράσματα δεν υπονοούν ότι η ζωή δεν εξελίχθηκε στη Γη, ή ότι οι μετεωρίτες ήταν η μόνη πολύ παλιά πηγή εναντιομερών - αλλά μόνο ότι η σταθερή συμβολή αυτών των μετεωριτών μπορεί να έδωσε μια ώθηση στη "σωστή" (ή, ακριβέστερα, "αριστερή L") κατεύθυνση.