Ifølge en hypotese opstod primitivt præcellulært liv for over fire milliarder år siden på land blandt vulkaner og fumaroler, som leverede al den nødvendige kemi til bevarelse og ernæring. Dette kunne have sket både på Jorden og på Mars.
En levende celle er en meget kompleks organisme, der kombinerer mange elementer, mekanismer og processer. Hvordan det blev dannet, vides ikke. Nogle forskere forsøger at syntetisere en celle som helhed, andre går fra enkle til komplekse og regner ud, hvordan dens bestanddele blev dannet separat og derefter udviklet sig over milliarder af år.
I lang tid blev det antaget, at livet stammer fra verdenshavene, men for nylig er dette synspunkt blevet kritiseret. Selvom vand er en del af cellen, er det skadeligt for den spontane syntese af biomolekyler. Derudover er der ingen beviser for, at der eksisterede hav og oceaner på overfladen af planeten for mere end fire milliarder år siden, da formodentlig begyndte processen med livets oprindelse.
RNA-verdens kemi
Proto-livets rolle kræves af molekyler af ribonukleinsyre, RNA. De er i stand til at gemme information, reproducere, syntetisere proteiner og uafhængigt udføre mange forskellige funktioner, som i en moderne celle har overtaget DNA, enzymer og andre biologiske molekyler.
RNA-molekyler er sammensat af vekslende nukleotider bundet af iltbroer. Forskere har længe forsøgt at genskabe forbindelserne mellem polymerkæden i dette komplekse molekyle, men gennembrudet kom først i 2009, da de britiske forskere Matthew Powner og John Sutherland offentliggjorde resultaterne af eksperimenter på syntese af to RNA-nukleotider - cytosin og uracil. De blev opnået under laboratoriebetingelser fra simpelt organisk stof og phosphat efter ultraviolet bestråling.
”De syntetiserede to naturlige nukleotider fuldstændigt. Det var et enormt gennembrud,”- siger RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, doktor i biologiske videnskaber, ansat ved A. N. Belozersky forskningsinstitut for fysisk-kemisk biologi, Lomonosov Moskva statsuniversitet, medarbejder ved fysikafdelingen ved Osnabruck Universitet (Tyskland).
Salgsfremmende video:
Nukleotidet består af en nitrogenholdig base, sukker (ribose) og phosphatgrupper, når den er bundet til hvilken energi, der er lagret. Alexander Butlerov viste, hvordan man kunne få blandinger af komplekse sukkerarter fra organisk stof i 1859. Halvanden århundrede senere fandt den amerikanske kemiker Steven Benner ud, at for at denne reaktion selektivt danner ribose, er molybdænoxid nødvendigt som katalysator. Derudover er der behov for en masse borater - borsyresalte for at stabilisere de resulterende sukkerarter. Benner teoretiserede, at sådanne kemiske forhold kunne eksistere et sted i ørkener, såsom de tørre, basalthøjder på Mars.
”Faktisk var de tidlige Mars og Jorden meget ens. Mars kan have haft en endnu mere oxideret atmosfære end antikken Jorden, og der er fundet borataflejringer der, hvilket antyder langvarig geotermisk aktivitet. Halvdelen af Mars territorium er sammensat af klipper, der er ældre end fire milliarder år, så det giver mening at se efter spor af liv der. På grund af pladetektonik har klipper i denne tid ikke overlevet på Jorden,”forklarer Mulkidzhanyan.
Solfatara vulkan, Phlegraean Fields, Italien / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Der er intet liv uden lys
Celleenergispecialist Armen Mulkidzhanyan har længe beskæftiget sig med livets oprindelse, som har ærverdige traditioner i sovjetisk og russisk videnskab. Det er tilstrækkeligt at sige, at akademikeren Alexander Oparin betragtes som grundlæggeren af denne videnskabelige retning over hele verden.
Mulkidzhanyan og kolleger foreslog, at ultraviolet lys kunne være en nøglefaktor i udvælgelsen af de første biomolekyler. Den gamle atmosfære indeholdt hverken ilt eller ozon. Det bevarede de biomolekyler, der i starten kun kunne opvarmes af solens stråler uden at forfaldne. Dette fremgår af det faktum, at alle naturlige nitrogenholdige baser af RNA har denne egenskab. Men levende protoorganismer ville næppe have modstået den hårde kosmiske stråling, mener biologen. Dette betyder, at der ikke kan være spørgsmål om deres levering af meteoritter fra Mars til Jorden.
Geotermiske felter, der dannes omkring vulkaner, er egnede til livets oprindelse. I stedet for vand, som i gejsere, undslipper damp fra de varme kilder, mættet med alle de nødvendige komponenter. Det indeholder kuldioxid, brint, ammoniak, sulfider, fosfater, molybdæn, borater, kalium - og der er mere af det end natrium. Kalium dominerer også i cellerne i alle organismer, for ellers er proteinbiosyntesen umulig. Som Mulkidzhanyan og kolleger har vist, er kalium vigtigt for, at de mest gamle proteiner fungerer. Bioinformatik Evgeny Kunin formåede at beregne dem i 2000 under genopbygningen af den fælles stamfar til alle cellulære organismer - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
De proteiner, der koder for LUCA-generne, bruger også zinkioner som katalysatorer eller byggesten.
”Zinksulfider kan danne alle bakterier. Interessant nok er krystaller af zinksulfid og et lignende cadmiumsulfid i stand til at reducere kuldioxid under ultraviolet lys til organiske, potentielt "spiselige" molekyler. Derfor kunne de første levende organismer dække sig selv med krystaller af disse mineraler for at beskytte sig mod ultraviolet stråling og få mad,”forklarer forskeren.
Zink er flygtigt, krystalliseres langsomt og udfældes i modsætning til jern og kobber i periferien af geotermiske felter, hvor det ikke er varmt.
”På den kølige periferi af sådanne felter kunne 'livets ringe' have dannet sig omkring varme termiske kilder,« konkluderer forskeren.
Geotermiske felter findes stadig på Jorden - i modsætning til Mars, hvis tarm er afkølet. Armen Mulkidzhanyan sammen med geochemist Andrey Bychkov fra Lomonosov Moskva statsuniversitet studerede de kemiske tilstande ved fumaroler nær Mutnovsky-vulkanen i Kamchatka. Lignende forhold observeres i Yellowstone National Park i USA, i Lardarello geotermiske felter i Italien og Matsukawa i Japan.
For nylig blev spor af et 3,5 milliarder år gammelt geotermisk felt opdaget i Pilbara-regionen i Australien, det samme sted, hvor de ældste spor af levende samfund på Jorden blev fundet.
Tatiana Pichugina