Metabolički procesi koji su bili ključni za nastanak i funkcioniranje prvih živih organizama, uključujući čak i reakcije u kojima su se formirale preteče DNK, pojavili su se na Zemlji prije samog života, pokazala su nova istraživanja.
Činjenica da se nizovi kemijskih reakcija koji stanice opskrbljuju sirovinama važnim za opstanak mogu odvijati čak i u vrlo jednostavnim uvjetima pokazuje da je život mogao početi na neočekivano skroman način.
‘Ljudi su dosada govorili da ovi putovi izgledaju tako složeno da nisu mogli nastati samo zahvaljujući kemiji u okolišu’, rekao je voditelj studije Markus Ralser sa Sveučilišta u Cambridgeu.
Prema Ralserovim rezultatima mnoge reakcije slične metaboličkim mogle su se spontano odvijati u ranim oceanima, a katalizatori u njima mogli su biti ioni metala umjesto složenijih enzima koji te funkcije obavljaju u današnjim stanicama.
Podrijetlo metabolizma predstavlja veliku prazninu u našem razumijevanju nastanka života, što kreacionisti vole koristiti za svoje napade na teoriju evolucije.
‘Ako pogledate različite organizme širom svijeta, vidjet ćete da su mreže ovih reakcija posvuda vrlo slične, što govori da su morale nastati vrlo rano u evoluciji, međutim nitko ne može precizno reći kako’, rekao je Ralser.
Dvije teorije
Prema jednoj od teorija prvi građevinski element života bila je RNK jer ona omogućuje stvaranje enzima koji su mogli djelovati kao katalizatori u složenim nizovima kemijskih reakcija. No ona je prilično složena pa je teško objasniti kako je spontano nastala te kako je inkorporirana u rane organizme. Druga mogućnost je da je prvo nastao metabolizam koji je mogao početi stvarati molekule neophodne za sastavljanje RNK te da su stanice kasnije inkorporirale ove procese. No za ovu drugu ideju dosada nije bilo dovoljno dokaza.
‘Ovo je prvi eksperiment koji je pokazao da je moguće stvoriti metaboličke procese bez RNK’, objasnio je Ralser.
Slučajno otkriće
Zanimljivo je da je britanski znanstvenik na otkriće nabasao sasvim slučajno tijekom rutinske kontrole medija koji se koristi za stvaranje kultura stanica u laboratoriju. Kako bi ubrzao analizu, jedan je student pokušao spektrometrom pogledati nekorišteni medij i u njemu uočio znakove piruvata koji je inače krajnji proizvod metaboličkog procesa poznatog kao glikoliza.
Ralser i njegovi suradnici odlučili su ispitati jesu li isti procesi mogli pokrenuti život na Zemlji. Zamolili su za pomoć svoje kolege iz odsjeka koji se bavi istraživanjem kemije ranog oceana, koji je prekrivao Zemlju prije četiri milijarde godina. Bio je to svijet bez kisika, prije početka fotosinteze, u kojem su vode bile bogate željezom i drugim metalima i fosfatima. Sve te tvari mogle su pogodovati kemijskim reakcijama nalik na one koje se odvijaju u suvremenim stanicama.
Ralser i njegovi suradnici su u otopine vode nalik onima iz ranog oceana dodali tvari za koje znamo da su bile počeci metaboličkih procesa i potom ih na pet sati zagrijali na temperature između 50˚C i 70˚C kakve su uobičajene u blizini hidrotermalnih izvora. Konačno su analizirali sastav molekula u uzorku.
‘U početku smo se nadali da ćemo otkriti barem jednu ili dvije reakcije, međutim rezultat nas je oduševio’, rekao je Ralser. ‘Uspjeli smo gotovo potpuno rekonstruirati cijela dva metabolička puta.’
Zanimljivo je da su putovi koje je tim rekonstruirao upravo glikoliza i pentoza fosfata, reakcije koje predstavljaju samu okosnicu metaboličkih procesa svih živih stanica. U njima se u suvremenim stanicama stvaraju najvažniji materijali, među kojima i ATP – molekula koju stanice koriste za pokretanje svoje mašinerije, šećeri koji oblikuju DNK i RNK te molekule potrebne za stvaranje masnoća i proteina. Znanstvenici su ukupno izbrojili 29 metaboličkih reakcija u kojima su ulogu katalizatora odigrali ioni željeza i drugih metala kojih je bilo u izobilju u ranim vodama. Od svih metaboličkih procesa koje je tim otkrio najvažniji je onaj u kojem je nastao riboza-5-fosfat koji je preteča RNK koja kodira informacije, djeluje kao katalizator kemijskih reakcija i, što je najvažnije, može se umnožavati.
Ako su se ovi procesi odvijali u ranim oceanima, prve stanice mogle su ih okružiti kada su razvile membrane, a enzimi su mogli doći tek kasnije kao naprednija verzija primitivnih katalizatora – metala.
