Kiedy i jak powstało życie na Ziemi? Na początku była kluczowa reakcja. Czy to Nickelback?
Naukowcy z Uniwersytetu Rutgers i The City College w Nowym Jorku w USA ustalili właśnie, że we wczesnym okresie historii Ziemi nastąpił punkt krytyczny, w którym reakcje chemiczne zachodzące w niezwykle różnorodnej mieszaninie cząsteczek organicznych zaczęły czerpać energię z wewnątrz. To doprowadziło do powstania tego, co możemy nazwać biologicznym z natury życiem.
Nie wiemy, jak powstało życie na Ziemi, ani jak mogła wyglądać ta pierwsza, kluczowa reakcja chemiczna. Możemy jednak założyć, że musiała być jednocześnie na tyle nieskomplikowana, by zaistnieć w środowisku różnorodnych składników, które prawdopodobnie były już obecne, i na tyle wydajna, by posłużyć jako katalizator zmian w chemicznym składzie otoczenia.
Wspomniany zespół naukowców zidentyfikował białko, które mogło odegrać kluczową rolę w zapoczątkowaniu życia na Ziemi, w formie jaką znamy. Chodzi o prosty w budowie peptyd, który otrzymał nazwę „Nickelback”.
Jak i kiedy powstało życie na Ziemi?
Wszyscy fani (i antyfani) zespołu o tej nazwie muszą jednak wziąć głęboki wdech. Nie chodzi tu bowiem o hołd dla kanadyjskich muzyków. Jest to nawiązanie do szkieletu białkowego. Jest on zbudowany z łańcucha aminokwasów oraz dwóch atomów azotu połączonych z parą atomów niklu - od którego wzięła się nazwa całego związku.
Oprócz chwytliwego nawiązania do popkultury, odkrycie to może okazać się niezwykle doniosłe. Może ono rzucić więcej światła na sposób, w jaki powstało życie na Ziemi, a oprócz tego może również dać astronomom i astrobiologom kolejną wskazówkę w poszukiwaniu życia na innych planetach, gdzie te podstawowe składniki chemiczne dopiero zaczynają się tworzyć. W końcu, o wiele łatwiej jest coś znaleźć, kiedy wie się czego szukać i jak obiekt poszukiwań może wyglądać oraz jakie mogą być oznaki jego istnienia.
Jak mówi biochemik i biolog molekularny Vikas Nanda z Uniwersytetu Rutgers w New Jersey:
Okres pomiędzy 3,5 a 3,8 mld lat temu to czas, kiedy, jak się szacuje, powstało życie na Ziemi. Wtedy właśnie nastąpił punkt krytyczny, coś, co zapoczątkowało zmianę z chemii prebiotycznej, czyli cząsteczek związków chemicznych przed pojawieniem się życia - na żywe, biologiczne systemy. Sądzimy, że zmiana została zapoczątkowana przez kilka małych białek, które były odpowiedzialne za pierwsze reakcje w starożytnej reakcji metabolicznej. Teraz, wygląda na to, że znaleźliśmy jeden z tych pionierskich peptydów.
Jak tego dokonano? Aby dotrzeć do projektu pierwotnego peptydu, naukowcy zaczęli od współcześnie znanych białek, które są odpowiedzialne za zasilanie procesów metabolicznych, które są kluczowe w napędzaniu niezliczonej ilości reakcji biochemicznych. Starożytne białka, od których mogło się zacząć powstawanie życia na Ziemi, musiały być znacznie prostsze, więc dzisiejsze białka zostały rozbite na ich najbardziej podstawowe części.
Seria eksperymentów doprowadziła do powstania „Nickelback"
Po serii eksperymentów otrzymano wspomniany „Nickelback” jako najbardziej prawdopodobnego kandydata do bycia wystarczająco prostym, by uformować się na prebiotycznej - czyli pozbawionej życia - Ziemi, ale wystarczająco złożonym, by pobrać energię ze środowiska i ją wykorzystać. Imiennik kanadyjskiego zespołu wykorzystuje w sumie 13 aminokwasów. Aminokwasy są często określane jako materiał budulcowy dla białek, a nawet dla samego życia.
Do takiego bazowego rusztowania mogłyby dołączyć dwa atomy niklu, które odzwierciedlałyby podstawową aktywność grupy niklowo-żelazowej tego, co określa się mianem klastra niklowo-niklowego w procesie o nazwie syntazy acetylo-CoA, dwóch starożytnych białek, które dziś nadal odgrywają ważną rolę w metabolizmie.
Bez mnożenia skomplikowanych, specjalistycznych terminów, chodzi o to, że nikiel był obficie występującym metalem w pierwszych oceanach na naszej planecie. Co ważne, po związaniu z peptydami, atomy niklu działają jako katalizator w uwalnianiu wodoru, który z kolei byłby ważnym źródłem energii miliardy lat temu. Co istotne, zespół naukowców był w stanie odtworzyć wszystkie te procesy w laboratorium.
To kluczowe, ponieważ, podczas gdy istnieje wiele teorii na temat pochodzenia życia, istnieje bardzo niewiele rzeczywistych testów laboratoryjnych tych pomysłów. Ta praca pokazuje, że nie tylko proste enzymy metabolizmu białek są możliwe, ale że są one bardzo stabilne i bardzo aktywne - co czyni je prawdopodobnym punktem wyjścia dla życia i znalezienia odpowiedzi na odwieczne pytanie - Jak powstało życie na Ziemi?
- mówi wspomniany Nanda.
Jeśli „Nickelback” faktycznie odegrał znaczącą rolę w zapoczątkowaniu życia na Ziemi, rozsądnie jest zakładać, że może ono powstawać również na innych planetach. Być może na planetach, które nie osiągnęły jeszcze tak daleko posuniętego etapu w swojej ewolucji jak Ziemia.
Naukowcy używają tak zwanych biosygnatur do poszukiwania życia we wszechświecie, które są śladami chemicznymi, mogącymi sugerować, że na danej planecie są obecne żywe organizmy. Teraz, „Nickelback” może być potencjalnie dodany do tej listy biosygnatur.
