Kako se je pojavilo življenje na Zemlji? Znanstveniki še ne poznajo vseh odgovorov, so pa vedno bližje receptu življenja. Nastanek življenja je med drugim povezan s kataklizmo, citrusi in zračniki.

 

 

 

Ne vemo še zatrdno, kako se je na Zemlji pojavilo življenje [1]. A to ne pomeni, da nimamo pojma; znanost je v zadnjih nekaj desetletjih naredila ogromen napredek na tem področju. Astronomi, biologi, kemiki in geologi so staknili glave in razmislili, kako bi se molekule na mladi Zemlji lahko sestavile v prve žverce.

Recept življenja gre nekako takole:
1. Nakopiči kompleksne organske molekule (sladkorje, DNA, RNA, itd.).
2. Vrži jih v medij, kjer se bodo lahko med seboj dodobra premešale. Voda bo kar v redu.
3. Vsi radi dobro jemo, zato poskrbi za vir energije.

Poglejmo si malo bolj podrobno vsako izmed treh sestavin.

 

Voda

Zemlja je nastala pred približno 4.5 milijardami let. Voda je na Zemlji že zelo dolgo časa, mogoče od vsega začetka. A četudi so mlado Zemljo prekrivali oceani, so ti izginili v oblaku pare v trenutku, ko je okoli 100 - 150 milijonov let po nastanku Osončja v Zemljo treščil protoplanet velikosti Marsa poimenovan Teia. Dogodek nam je dal Luno, serenade in volkodlake. Trk je površje planeta spremenil v velikanski ocean medene magme in s tem zabrisal vse geološke informacije o času predtem—o dojenčici Zemlji lahko le ugibamo.

Voda je bila na Zemlji vsekakor pred 3.8 milijardami let. Različne študije nakazujejo, da je obstajala že prej. Najbolj drzni trdijo, da je bila voda na planetu že pred 4.4 milijardami let, torej takoj po nastanku Lune. Dokazi naj bi se skrivali v sestavi minerala cirkona, najstarejšega minerala, najdenega na Zemlji. Ta interpretacija zaenkrat še ni splošno sprejeta.



So vodo na Zemljo prinesli kometi in asteroidi? Avtor: NASA's Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab


Tudi izvor vode ni jasen. Molekule H2O je v vesolju sicer na pretek. Ob nastanku Osončja je bila voda v obliki ledu vezana na prašne delce v protoplanetarnem disku, nato pa je postala del večjih teles. Ne vemo, koliko vode je bilo prisotne na proto-Zemlji. Zemlja je namreč nastala relativno blizu Sonca, kjer je led s prašnih zrnc sublimiral in se zato znašel v planetu v manjši količini, kot bi se, če bi Zemlja nastala na večji oddaljenosti.

Vodo so na Zemljo najverjetneje dostavili kometi in asteroidi. To bi se lahko zgodilo pred trkom s Teio, lahko tudi kasneje. Če gre verjeti predlogu, da je Teia izvirala iz zunanjega z ledom bogatega dela Osončja, potem bi tudi Teia lahko dostavila večino vode.

Ne glede na izvor se verjetno vsi strinjamo, da Zemlja ima vodo (če ne verjamete, vprašajte Angleže ali Irce). In tako kot voda igra pomembno vlogo dandanes za homo sapiensa, jo je tudi za prve organske skupke [2]. Organske molekule so se nakopičile v plitvih zalivih in obalah oceanov, ob ledenih gorah, v jezerih in v okolici hidrotermičnih zračnikov (ang. hydrothermal vent). Molekule so se se srečevale, med njimi so potekale kemijske reakcije in sčasoma—na voljo so imele na milijone let—so iz posameznih molekul nastali vedno bolj kompleksni organizmi.

 

Ogenj

Poskusite preteči maraton med daljšim postom in hitro bo jasno, zakaj telo potrebuje energijo (ki jo seveda dobi iz hrane). Ko se je organski material znašel v prajuhi, je hotel početi stvari. Povezovanje atomov in molekul v kompleksnejše oblike, mešanje reaktantov in produktov, energetsko neugodne reakcije in nenazadnje metabolizem—za vse to je bila potrebna energija. Kje dobiti potrebno energijo, če nimaš na voljo Merkatorja?

Energija je prišla v različnih oblikah. Vodno gladino je osvetljevala vidna in ultravijolična svetloba. V temnih globinah oceanov so toploto prispevali vroči hidrotermični zračniki. Ti se dandanes običajno nahajajo na ognjeniških področjih in okolico bogatijo tudi z metanom in amonijakom, pomembnima sestavinama abiotskih procesov. V tistih časih je bila Zemlja verjetno precej bolj ognjeniško aktivna, kot je danes, zato je bilo zračenje morskega dna vseprisotno. V veliko pomoč so bili verjetno tudi tako imenovani redoks kemični procesi.



Primer hidrotermičnega zračnika. Avtor: NOAA

 

Podrobnosti so kar zapletene. Ne vemo točno, kakšna je bila sestava oceanov in njihova temperatura. Medtem ko se danes zanašamo na encime, ki znižajo energijo, potrebno za številne reakcije v celici, takrat encimov ni bilo. Kaj je torej služilo kot katalizator? In kako je bilo z ravnovesjem različnih produktov reakcij? Vprašanje življenja nujno vključuje ogromno kemije in ne pomaga, da ne poznamo najbolje pogojev, v katerih je potekala akcija.

 

Zemlja

Veliko vprašanje je seveda izvor kompleksnih organskih molekul. So se pojavile na Zemlji? Trk Zemlje in Teie je skoraj zagotovo stereliziral površje—ocean magme je preverjena čistilna metoda. Organske molekule so se torej morale pojaviti za tem bližnjim srečanjem kataklizmične vrste.

Stanely Miller je leta 1952 izvedel danes slaven (Miller-Urey) eksperiment, s katerim je simuliral pogoje na mladi Zemlji. V zaprto stekleno posodo je zaprl mešanico vode, metana, amonijaka in molekularnega vodika. Nato je dalj časa z elektrodama ustvarjal električne iskre, s čimer je simuliral udarce strele. In glej, v mešanici so se pojavile številne aminokisline in druge organske molekule! Kljub uspehu eksperimenta ni jasno, v kolikšni meri so podobni procesi prispevali k sintezi organskih molekul na Zemlji. Kot že omenjeno, je tudi okolica hidrotermičnih zračnikov dobra potencialna valilnica kompleksnih molekul.

Povsem možno pa je, da so kompleksne organske molekule na Zemljo prišle iz vesolja. Ne, vesoljci nimajo nič s tem. Astronomi so v zadnjem času v medzvezdnem prostoru odkrili najrazličnejše vrste kompleksnih organskih molekul. Njihov nastanek je še vedno stvar debate, verjetno pa imajo prste vmes prah, kozmični delci in svetloba zvezd. Takšne molekule so preživele tudi nastanek Osončja. Izkazalo se je namreč, da številni meteoriti [3] vsebujejo organske molekule.

Kamniti meteoriti ali hondriti običajno vsebujejo 2 – 4% ogljikovih spojin (rekorderji tudi do 80%). V meteoritih se nahajajo aminokisline, karboksilne kisline, ketoni, sladkorji, ter vsi osnovni gradniki molekul DNA in RNA. Med drugim meteoriti vsebujejo tudi fosfor in železo—oba elementa sta ključna za življenje na Zemlji, obenem pa sta vezana v nedostopnih kamninah pod površjem, zato se zdi dostava z meteoriti smiselna.

Večina vesoljskega materiala na Zemljo pade prek majhnih prašnih delcev. Na Zemljo vsako leto pade okoli 5200 ton kozmičnega prahu, v preteklosti je bila ta številka verjetno še večja. To je več kot dovolj za dostavo potrebnih sestavin.

 

Citrusi

Limoni in pomaranči značilen vonj daje molekula limonen. Ena molekula, dva vonja—kako je to mogoče? Res gre za eno samo molekulo, narejeno iz istih atomov in istih vezi. A molekula limonena v pomaranči je zrcalna slika molekule limonena v limoni. To si lahko predstavljate s pomočjo svojih rok. Imamo dve roki, ki sta praktično enaki, le da je ena zrcalna slika druge. Ko limonen pride v stik z receptorji v našem nosu, registriramo različen vonj za različno molekulo.




Zrcalni molekuli limonena. Vir: LibreTexts

 

Sedaj pa poglejmo proteine. Najrazličnejši proteini so zgrajeni iz kombinacije 20 različnih aminokislin. Aminokisline, prav tako kot limonen, lahko pridejo v dveh zrcalnih podobah. Pravimo, da so molekule levosučne ali desnosučne. Proteini so lahko zgrajeni le iz levosučnih ali le iz desnosučnih molekul, mešanica pa enostavno ne deluje. Izkaže se, da vsi proteini zemeljskega življa vsebujejo le levosučne aminokisline. Desnosučnih ni nikjer.

Abiotski procesi vedno v povprečju ustvarijo enako levosučnih kot desnosučnih molekul—kako je torej uspelo življenju zrasti na levosučnih molekulah? Presenetljivo, odgovor bi bil zopet lahko v meteoritih. Znanstveniki so namreč našli meteorite v katerih je bilo prisotnih veliko več levosučnih od desnosučnih aminokislin. Ha!

To še ni dokončni dokaz, da so meteoriti na Zemljo prinesli gradnike življenja. Potrebno bo razumeti, zakaj lahko v asteroidu natane več molekul določene sučnosti. Ali obstajajo tudi asteroidi, v katerih je več desnosučnih molekul? Vse bolj pa se zdi, da se imamo za življenje vendarle zahvaliti nekomu tam gor—le da je ta nekdo nekoliko drugačen od pričakovanj.


Zaključek

Žal je v raziskovanju pojava življenja veliko neznank. Predvsem ne poznamo pogojev na mladi Zemlji. Poleg tega ni rečeno, da je življenje nastalo na le en način: pri kuhanju prajuhe so verjetno sodelovali različni procesi.

Ni razloga, da bi se življenje pojavilo le na enem mestu na Zemlji. Verjetno je vzniknilo v različnih oceanih v različnih obdobjih. Precej časa je preteklo, preden so se sestavine zložile v goloba. Ali zebro, če hočete. Proces vsebuje veliko kemije in biologije, začinjenih z evolucijo. O tem pa morda ob drugi priložnosti.

V vesolju pač nič ni enostavno, še posebej ne življenje.

 

 

------------------------------

[1] V tem članku opisujemo abiogenezo, ki trdi, da je življenje vzniknilo iz nežive snovi. Predpostavljamo torej, da mali zeleni možiclji in/ali nadnaravna bitja nepopisnih moči pri tem niso imeli nič. Mogoče se motimo. Najverjetneje ne.

[2] Prvi oceani so bili precej drugačni od današnjih. Verjetno so bili precej toplejši—škoda za vse, ki se ne pritožujemo nad stopinjami morja nad 25 ºC. V vodi je bilo raztopljenega veliko več ogljikovega dioksida, zato je bila bolj kisla. O, sem omenil, da je bila Luna takrat veliko bližje Zemlji, kar je pomenilo, da je bila razlika v višini morske gladine med plimo in oseko več sto metrov?

[3] Meteorit je tisto, kar ostane od asteroida, ko pade na Zemljo.


Naslovna slika: Ilustracija asteroida, ki na mlado Zemljo prinaša kompleksne organske molekule, osnovne gradnike življenja. Avtor: NASA Goddard/CI Lab/Dan Gallagher


Efemeride
25.05.2022 18:58 CEST
25.05.2022 16:58 UT
Sonce vzide 05:20 
zaide 20:39 
Luna vzide 03:18 
zaide 15:26 
Angleški portal v vesolje
Zmaga.com
Zmaga.com
META znanost
META znanost