Φυσικοχημικοί βρίσκουν ότι η ζωή ξεκίνησε στον πάγο

Πηγή: Speigel, Μάρτιος 2005

Γερμανοί επιστήμονες υποστηρίζουν ότι η ζωή εμφανίστηκε για πρώτη φορά στον πάγο της θάλασσας κι όχι σε ζεστές λίμνες ή υδροθερμικές πηγές, όπως μέχρι τώρα πιστεύαμε. Στα πειράματά τους με τμήματα του RNA εξέτασαν τη συνηθισμένη θεωρία για την εμφάνιση της ζωής και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η προέλευση όλης της ζωής θα μπορούσε να βρεθεί στον πάγο.

Ανταρκτική : Τόπος με πολλές μορφές ζωής

Ο καταψύκτης Νο 212 στο Ινστιτούτο Max Planck του Göttingen για τη Βιοφυσική Χημεία δεν περιέχει τίποτα άλλο εκτός από απλούς κρυστάλλους πάγου. Όχι όμως από γλυκό νερό, αλλά από θαλασσινό, τελείως αποστειρωμένο και γι αυτό παρουσιάζει απολύτως αδιανόητα χαρακτηριστικά.

Τα δείγματα αυτά του πάγου διατηρούνται πάνω από ένα χρόνο μέσα σε μικρούς υάλινους σωλήνες, σε θερμοκρασίες μεταξύ του μείον 8 και του μείον 15 βαθμών Κελσίου.

Στο εσωτερικό τους δε διαδραματίζονται θαυμαστές διαδικασίες. Ο βιοχημικός Christof Biebricher του Ινστιτούτου Max Planck δηλώνει πεπεισμένος ότι είναι ικανοποιητικές αυτές οι διαδικασίες, για να ανατρέψουν τη συνηθισμένη θεωρία για την προέλευση της ζωής.

Μαζί με τον ερευνητή αυτόν συνεργάζονται οι Wolfgang Schroeder και Hauke Trinks από το Πολυτεχνείο του Αμβούργου, που υποστηρίζουν ότι η απαρχή όλων των οργανισμών δεν ξεκίνησε από τους θερμούς προωκεανούς, αλλά άρχισε μάλλον στους πάγους.

Μετά από μερικούς μήνες οι ψυχρές καλλιέργειες των τριών επιστημόνων σημείωσαν μια καταπληκτική επιτυχία. Στα δείγματα του θαλασσινού πάγου τους συγκεντρώθηκαν ριβοζονουκλεϊκά οξέα (RNA), υλικό που διαδραμάτισε πιθανότατα κεντρικό ρόλο στην εμφάνιση της ζωής. Οι ερευνητές είχαν 'εμβολιάσει' μέσα στον πάγο, στην αρχή του πειράματος, μόνο ελάχιστες βασικές χημικές ενώσεις. Και μετά από λίγο διαπίστωσαν ότι αυτές συνδέθηκαν φτιάχνοντας έτσι μακρύτερα μόρια RNA.

Από το μόριο στο μικρόβιο

Αυτά τα μόρια είναι σε θέση υπό ορισμένες συνθήκες να αυτοαντιγραφούν και όπως δήλωσε ο Biebricher ήταν το πιθανώς σημαντικότερο βήμα στην ανάπτυξη της ζωής. Περίπου 3,8 δισεκατομμύρια έτη πριν η δημιουργία πέτυχε τη συνταγή της μοριακής δομής. Ενώ, κάπου 200 εκατομμύρια έτη κράτησε η διαδικασία της μετατροπής του RNA σε DNA, του μακρομορίου που ευθύνεται για την διατήρηση και μεταβίβαση των γενετικών πληροφοριών στους οργανισμούς. Λίγο αργότερα πρέπει να προέκυψε το πρωταρχικό κύτταρο από DNA, πρωτεΐνες και ένα κυταρικό περίβλημα.

Αλλά όλος ο κόσμος ξεκίνησε από το RNA, όπως υποθέτουν σήμερα οι ερευνητές. Επειδή, αντίθετα από το εξειδικευμένο DNA, το RNA μπορεί να ρυθμίζει όλες τις αναγκαίες διαδικασίες τις απαραίτητες για τη ζωή. Και είναι όχι μόνο ικανό να αντιγραφεί, αλλά μπορεί και να καθοδηγήσει τις χημικές διαδικασίες.

Ο ενθουσιασμός για την επιτυχημένη καλιέργεια του RNA στον θαλάσσιο πάγο (που παίζει το ρόλο του βιολογικού 'αντιδραστήρα'), οδήγησε  το διάσημο εξειδικευμένο περιοδικό "Προέλευση της Ζωής και της Εξέλιξης της Βιόσφαιρας" να αναφέρει το πρωτότυπο αυτό πείραμα. Μετά οι επιστήμονες σε όλον τον κόσμο θα έχουν την άδεια να κάνουν τα δικά τους πειράματα με την ψύξη, γύρω από τη γέννηση της ζωής.

Αυτά τα επιτυχημένα πειράματα οδήγησαν τον φυσικό και ιστιοπλόο Hauke Trinks σε εξορμήσεις με ένα σκάφος στην Αρκτική, που κράτησαν 14 μήνες. Εκεί μελέτησε όλες τις μορφές του θαλάσσιου πάγου διαπιστώνοντας έτσι τη μεγάλη ποικιλία διαφόρων μορφών ζωής που υπήρχαν πάνω του.

Η πολική αρκούδα στην αρκτική

Στα παγωμένα νερά της θάλασσας σχηματίζονται μικροσκοπικά κανάλια όπου κυλούν χρήσιμες μεταλλικές ουσίες - σαν το αίμα - ενεργοποιώντας έτσι χημικές αντιδράσεις σε αυτό το παγωμένο υγρό. Με αφορμή τη γεωλογική θεωρία περί ύπαρξης μεγάλων παγωμένων ωκεανών στη νεοσχηματισθείσα Γη, ο Trinks αποφάσισε να προσομοιώσει σε υπολογιστές τις πρωταρχικές διαδικασίες δημιουργίας της ζωής στον πάγο.

Στο πρόσωπο του Wolfgang Schroeder βρήκε έναν χημικό, που είχε αναπτύξει ειδικές διαδικασίες ανάλυσης κάθε ξεχωριστού μορίου σχηματισμένου στον πάγο. Και στο πρόσωπο του βιοχημικός Biebricher βρήκαν έναν ειδικό για την οριακή περιοχή προβιοτικής χημείας στην ανόργανη φύση και μοριακού κόσμου.

Επειδή στους παγωμένους θαλάμους οι χημικές αντιδράσεις γίνονται σαν να 'τρέχουν σε αργή κίνηση', οι περισσότερες ομάδες ερευνητών για τη χημεία του πάγου θα κάνουν με ενθουσιασμό τα πειράματα αυτά. Πιστεύουν δε ότι υπάρχει μεγάλη πιθανότητα στα πειράματα τους να αντιγραφεί το RNA.

Παρόμοιες προσπάθειες είχε κάνει και ο αμερικανός χημικός Stanley Miller πριν μισό αιώνα, έχοντας πάρει ερεθίσματα από τον νομπελίστα Harold Urey, ο οποίος υπέθεσε ότι τα πρώτα μόρια της ζωής αναπτύχθηκαν στην ατμόσφαιρα της νέας γης. Τα πειράματα του Miller για την ανάπτυξη της ζωής ξεκίνησαν το 1952 στο εργαστήριο.

Ο Stanley Miller χρησιμοποίησε σαν πρωταρχικές ύλες την αμμωνία, το υδρογόνο, το μεθάνιο και το νερό, για τα οποία δέχτηκε ότι αποτελούσαν την πρώτη ατμόσφαιρα της γης, περίπου, πριν τέσσερα δισεκατομμύρια έτη Με αυτό το αέριο μίγμα ο Miller γέμισε γυάλινες φιάλες και εφάρμοσε ηλεκτρικούς σπινθήρες, μιμούμενος τις αστραπές στον προϊστορικό πλανήτη. 

Πράγματι ο πρωταρχικός κόσμος μέσα στις φιάλες δημιούργησε εκτός των σακχάρων και αμινοξέα -  λιπαρά οξέα, ουσίες απαραίτητες για την δόμηση έμβιων οργανισμών. Όμως ποτέ δεν μπόρεσε να δημιουργήσει ούτε ο Miller ούτε οι μαθητές του RNA.

Η θεώρηση της προϊστορικής ατμόσφαιρας σαν λίκνο της ζωής ξεπεράστηκε, και οι ειδικοί χημικοί σε θέματα της ατμόσφαιρας αναγνώρισαν ότι η ηλιακή ακτινοβολία καταστρέφει γρήγορα την αμμωνία και το μεθάνιο. Επιπλέον οι υδρατμοί, το άζωτο και το διοξείδιο του άνθρακα, κι αυτά πρωταρχικά συστατικά της ατμόσφαιρας της νέας γης, γνωρίζουμε σήμερα ότι δεν είναι αρκετά για να φτιαχτούν οι βάσεις για τη ζωή.

Προ πάντων όμως έγινε γενικά αποδεκτή ή άποψη μεταξύ των επιστημόνων ότι το καυτό περιβάλλον είναι εχθρός της ανάπτυξης της πρώτης μορφής ζωής, γιατί οι υψηλές θερμοκρασίες επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις, αλλά και τις καταστρέφουν όλες πάρα πολύ εύκολα, τις οποίες προηγουμένως ένωσαν.

Ο Miller ερεύνησε την καταστρεπτική επίδραση της θερμότητας σε τμήματα RNA μαζί με έναν συνάδελφο του το 1998. Είχε εκθέσει την αδενίνη, τη γουανίνη, την κυτοσίνη και την ουρακίλη - τα βασικά συστατικά των βιοτικών μακρομορίων - στη θερμότητα και την ψύξη. Με 100 βαθμούς Κελσίου το RNA διασπάστηκε γρήγορα Με μηδέν βαθμούς Κελσίου εντούτοις, ο Miller παρατήρησε, ότι ήταν αρκετά σταθερό και μπορούσε να συνδεθεί με άλλα μόρια. Έτσι έγινε σαφές στο Miller ότι η ζωή δύσκολα μπορούσε να έχει διαμορφωθεί σε θερμά ύδατα.

Η πρώτη προσπάθεια να παραχθούν μόρια ζωής σε ψυχρό περιβάλλον ήταν από τον βρετανό χημικό Leslie Orgel.  Ο χημικός αυτός προσπάθησε να διαμορφώσει μοριακές αλυσίδες σε περιοχές της θερμοκρασίας γύρω από το σημείο ψύξης. Εντούτοις ποτέ δεν πέτυχε να συνδέσει πάνω από 15 μόρια για να φτιάξει την αλυσίδα του RNA.

Αυτό άλλαξε μόνο, με τον θαλάσσιο πάγο της γερμανικής επιστημονικής ομάδας, στο βιολογικό αντιδραστήρα. Εκεί στα εργαστήρια του Göttingen σχηματίστηκαν αλυσίδες μέχρι και 400 μορίων.  Για τώρα είναι αρκετό, θεωρεί ο Biebricher - και ελπίζει να αντιγραφεί το RNA κάτω από τις σωστές συνθήκες.

Μετά την ολοκλήρωση των δύσκολων διαδικασιών της δημιουργίας της πρώτης μορφής RNA, πιστεύεται ότι ακολούθησε μια διαδικασία δαρβινική διαδικασία επιλογής. Μεταβολές δηλαδή στην αρχική σύσταση του. Εντούτοις, λένε οι ερευνητές, για να πάμε από το RNA μέχρι το πρώτο κύτταρο, ακολουθεί ένας πολύ μακροχρόνιος δρόμος.

Αλλά το κρίσιμο βήμα για τον πολλαπλασιασμό του RNA φαίνεται τώρα δυνατόν να πετύχει. Ακόμα, όπως τονίζει ο Biebricher, απαιτείται πολλή έρευνα ακόμα μέχρι την κατανόηση της προέλευσης της ζωής. "Το σπουδαιότερο όμως τώρα είναι ότι ξέρουμε ποια κατεύθυνση πρέπει να πάρει η έρευνα".

• Η Γη θεωρείται ότι δημιουργήθηκε από ένα διαστρικό νέφος αερίων και σκόνης πριν 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

• Γρήγορα σχηματίστηκαν προβιοτικά μόρια, όπως λιπίδια, αμινοξέα, σάκχαρα και νουκλεοτίδια, μεταξύ 4,2 δισ. και 4 δισ. έτη από σήμερα.

• Το μόριο του RNA σχηματίστηκε πριν 3,8 δισ. έτη, ενώ η διαδικασία της μετατροπής του σε DNA κράτησε πάνω από 200 εκατομμύρια χρόνια.

• Έτσι, η διαδικασία της εξέλιξης ξεκίνησε πάνω στη Γη πριν 3,6 δισ. έτη με τον σχηματισμό του DNA.