Πώς προέκυψαν στην πρωτόγονη Γη τα βασικά χημικά συστατικά για τη ζωή;

Πηγή: ScienceDaily, 31 Οκτωβρίου 2007

Πειράματα δείχνουν ότι απλά μόρια μπορούν να συνδυαστούν χημικά κι όχι βιολογικά για να διαμορφώσουν τις δομικές μονάδες του DNA, το βασικό συστατικό όλων των μορφών της ζωής. Αυτές οι διαδικασίες μπορεί να έχουν πραγματοποιηθεί στην πρωτόγονη Γη, αλλά το πώς εμφανίζονται είναι ένας άλυτος γρίφος.

Όμως χημικοί στο πανεπιστήμιο της Γεωργίας έχουν προτείνει τώρα τον πρώτο λεπτομερή, εφικτό μηχανισμό για να εξηγήσουν πώς η αδενίνη, η μία από τις τέσσερις δομικές μονάδες του DNA, μπορεί να φτιαχτεί από το συνδυασμό πέντε μορίων κυανιδίου. Η έρευνα είναι βασισμένη σε εκτενείς κβαντικούς χημικούς υπολογισμούς που κράτησαν αρκετά χρόνια.

"Ακριβώς το πώς αυτά τα βιομόρια δημιουργούνται δεν είναι γνωστό," λέει ο Paul von Ragué Schleyer, καθηγητής της χημείας στο πανεπιστήμιο της Γεωργίας. "Το μόνο που μπορεί κάποιος να κάνει είναι υποθέσεις. Τα βιομόρια θα μπορούσαν να έχουν διαμορφωθεί από μικρότερα μόρια που ήταν παρόντα στην πρωτόγονη Γη, είτε πολύ αργά μετά από εκατομμύρια χρόνια, είτε γρήγορα προτού η Γη ψυχθεί. Οι αστεροειδείς μπορεί να τα είχαν μεταφέρει από το εξωτερικό διάστημα, αλλά πώς όμως τα βιομόρια σχηματίστηκαν εκεί;"

Ο πρόσφατα προτεινόμενος μηχανισμός για το σχηματισμό της αδενίνης δίνει μια σαφή εικόνα για το πώς θα μπορούσε να έχει γίνει η μία από τις δομικές μονάδες που είναι βασικές για το σχηματισμό του DNA.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στα Πρακτικά των Εθνικών Ακαδημιών της Επιστήμης. Οι συνάδελφοι του Schleyer ήταν ο Debjani Roy και ο Katayoun Najafian, από το Ιράν.

Το DNA είναι το προγραμματικό νουκλεϊνικό οξύ της ζωής που μεταδίδεται από γενεά σε γενεά. Για πρώτη φορά απομονώθηκε το 1869 από το πύο των χειρουργικών επιδέσμων από τον Friedrich Miescher, έναν Ελβετό γιατρό, όμως η δομή της διπλής έλικας του DNA λύθηκε από τους Watson και Crick το 1953. Το  DNA είναι διαμορφωμένο σαν μια στριμμένη κλίμακα με τις βαθμίδες να δένονται μαζί με το ταίριασμα μόνο τεσσάρων βάσεων ανά δύο: την αδενίνη, την γουανίνη, την κυτοσίνη και τη θυμίνη.

Οι χημικοί στο Πανεπιστήμιο της Γεωργίας στράφηκαν στην αδενίνη λόγω της σχετικής επικράτησής της στη Γη και του σχηματισμού της στο σκοτάδι μέσα από απλά συστατικά. Μαζί με άλλες θεμελιώδεις δομικές μονάδες, η αδενίνη έχει ανιχνευθεί ακόμη και έξω από τη Γη. Ακόμα, η τεράστια απόσταση που υπάρχει μεταξύ των μικρότερων μορίων που απαιτούνται για να σχηματίσουν την αδενίνη στο εξωτερικό διάστημα, αποκλείει το σχηματισμό της εκεί εκτός κι αν είναι παρόντα μερικά πυρηνικά κέντρα, όπως κουκίδες διαστρικής σκόνης.

"Πολυάριθμα πειράματα έχουν δείξει ότι τα αμινοξέα, οι νουκλεοτίδες, οι υδατάνθρακες και άλλη βασικά συστατικά σχηματίζονται κάτω υπό συνθήκες που μιμούνται τις πρωτόγονες γήινες συνθήκες", γράφουν οι συντάκτες στην εργασία τους.

Είναι εντυπωσιακό, ένα διάλυμα του ιδιαίτερα δηλητηριώδους κυανιδίου στην αμμωνία, που ήταν με τη μορφή παγωμένου στερεού σε ένα ψυγείο για 25 χρόνια, παρήγαγε την αδενίνη, ένα απαραίτητο συστατικό της ζωής. Μια βασική ποσότητας αδενίνης, επίσης, διαμορφώθηκε σε ένα πείραμα υψηλής θερμοκρασίας με σκοπό να μιμηθεί τα πρώιμα περιβάλλοντα σαν τα ηφαιστειακά. Αλλά η ερώτηση είναι πώς.

Οι ερευνητές της Γεωργίας έφθασαν σε μια απάντηση στο ερώτημα αυτό, λύνοντας μια σειρά βασικών αινιγμάτων. Συγκεκριμένα βρήκαν τις διαδικασίες στις οποίες πέντε μόρια κυανιδίου μπορούν να συνδυαστούν για να διαμορφώσουν την αδενίνη υπό γήινες συνθήκες. Οι προβλέψεις τους είναι βασισμένες σε εκτενείς υπολογισμούς μιας σειράς βημάτων αντιδράσεων με όλους  τους πιθανούς μηχανισμούς.

"Η ανακάλυψη ενός βιώσιμου, εφικτού θερμοδυναμικά,  βήμα προς βήμα μηχανισμού, που μπορεί να ευθύνεται για το σχηματισμό της αδενίνης ήταν πολύ δύσκολο," λένε οι επιστήμονες. "Η εργασία μας προσφέρει μια πολύ λεπτομερή κατανόηση κάποιων από τις χημικές διαδικασίες, που περιλαμβάνεται στη χημική εξέλιξη, και μια μερική απάντηση στο θεμελιώδες ζήτημα της μοριακής βιογένεσης. Η έρευνά μας πρέπει να προκαλέσει κι άλλες παρόμοιες έρευνες για τον αβιοτικό σχηματισμό των υπόλοιπων βάσεων του νουκλεϊνικού οξέος, καθώς επίσης και άλλων βιολογικά σχετικών μορίων."