Novo istraživanje, objavljeno u prestižnom naučnom časopisu Science Advances, ukazuje da su ključnu ulogu u pojavi protoćelija mogle one odigrati.
Jedno od najvećih pitanja u nauci jeste kako je život na Zemlji započeo. Evolucija nakon nastanka prvih oblika dobro se razume, međutim, abiogeneza – postanak života iz neživih sastojaka – još nije dovoljno razjašnjena. Novo istraživanje, objavljeno u prestižnom naučnom časopisu Science Advances, ukazuje da su ključnu ulogu u pojavi protoćelija mogle odigrati kišne kapi.
Ribonukleinsku kiselinu (RNK) se, uglavnom, smatra molekulom koja je bio temelj prvih živih organizama, ona je mogla prethoditi današnjoj DNK i stvaranju proteina. Za razliku od DNK, koja je dvolančana i stabilna, RNK je jednolančana i sposobna je preuzeti različite uloge, uključujući čuvanje genetske informacije i katalizaciju hemijskih reakcija. Ove osobine čine ju potencijalno idealnim kandidatom za molekul za nastanak prvih oblika života. Međutim, jedna od glavnih prepreka u razumevanju postanka jeste pitanje kako su prvi molekuli RNK ostali stabilne i stvoriti protoćelije – jednostavne sklopove s membranama koji su obavljali osnovne životne funkcije. Novo istraživanje donosi važan uvid u moguće rešenje.
Naučnici su u eksperimentima pokazali da su u prebiotičkim uslovima, kakvi su vladali na ranoj Zemlji, kapi kiše mogle odigrati ključnu ulogu u stvaranju stabilnih molekulskih struktura. Poznate kao koacervati, u biti to su jednostavne mikrokapljice koje sadrže različite organske molekule, uključujući RNK. Kda je kišna kap pala na površinu prekrivenu molekulima RNK i drugih organskih jedinjenja, mogla je uzrokovati stvaranje koacervata.
Mikrokapljica koacervata bez membrana već se dugo smatra mogućim modelom protoćelija jer mogu da rastu, koncentrišu se i da dele RNK. Ali, brzo stapanje koacervata bez membrana i brza razmena RNK između njih, u rokovima od nekoliko minuta, značili bi da pojedinačne kapljice ne bi mogle održati svoje zasebne genetske identitete. Nepostojanje različitosti onemogućilo bi kompeticiju i Darvinovu evoluciju, a populacija bi bila podložna kolapsu zbog brzog širenja parazitskih RNK.
U novoj studiji istraživači su pokazali da destilisana voda, koja oponaša kišu, dovodi do stvaranja elektrostatskih poprečnih veza među molekulima na površinama koacervatnih kapljica, koje ne samo da onemogućavaju njihovo stapanje na neodređeno vreme već i omogućavaju prostorno-vremensku kompartmentalizaciju RNK na vremenskoj skali od više dana. Autori bagovešćuju da bi takve nestopljene kapljice bez membrane mogle delovati kao prvobitne ćelije. No, najzanimljivije u novom istraživanju jeste otkriće da kapi kiše nisu samo stvarale koacervate nego su, takođe, pomogle u obrazovanju stabilnih membrana oko njih.
Naime, studija je pokazala da su prirodni procesi, poput padanja kiše, mogli spontano stvoriti takve membrane i ostvariti ključan korak u nastanku protoćlija. Membrane koacervata mogle su nastati zbog privlačnih sila između molekula. Primer su tzv. Amfifilni molekuli koji imaju dva dela: jedan je hidrofoban (odbija vodu), a drugi je hidrofilan (privlači vodu). Zbog ove dvostruke prirode amfifilni molekuli su u stanju da se spontano organizuju u ustrojstva poput lipidnih dvoslojeva kada su u dodiru s vodom. Oni su ključni za formiranje bioloških membrana, pri čemu se hidrofilni deo okreće prema vodi, a hidrofobni ka unutrašnjosti membrane. Primeri uključuju amfifilne fosfolipide koji čine dvoslojne membrane u današnjim ćelijama i organelama.
Takve membrane omogućile bi da se organski molekuli grupišu i formiraju dvoslojeve slične membranama ćelija. Membrane bi omogućile koacervatima da zadrže određene molekule poput RNK unutar sebe, čime bi se stvorilo stabilno mikrookruženje za biohemijske reakcije, što je ključno za razvoj ranih oblika života. Još jedan zanimljiv aspekt novog proučavanja jeste ideja da su kišne kapi mogle igrati ulogu u ubrzavanju evolucije molekula RNK. Naime, unutar kapljica molekuli RNK bili bi koncentrisani i izloženi stalnim promenama uslova, kao što su pH vrednost, temperatura i dostupnost hranljivih tvari.
Ove promene mogle su podstaći mutacije u RNK, od kojih bi neke bile korisne za preživljavanje u specifičnom mikrookruženju. Postupno, kroz niz ciklusa padanja kiše i sušenja, molekuli RNK mogli su evoluirati u složenije strukture koje su sve više nalikovale onima u živim organizmima. Taj proces, koji bi se moglo nazvati evolucijom u kapima kiše, predstavlja zanimljivu perspektivu moguće rane faze razvoja života na Zemlji. Novo otkriće ima važne implikacije za izučavanje života van naše planete.
Naime, ako su jednostavni prirodni procesi, poput padanja kiše, mogli pokrenuti stvaranje života, slični bi mogli dovesti do nastanka života na drugim planetama. Planete ili meseci sa sličnim atmosferskim uslovima kao što su Zemljini mogli bi imati kapljice tečnosti (voda, metan ili neka druga materija) koje bi mogle stvarati koacervate i protoćelije. Recimo, Saturnov mesec Titan ima reke, jezera i kiše metana, koji bi mogli delovati na sličan način kao vodene na ranoj Zemlji.
Sovetski biohemičar Aleksandar Oparin još tridesetih godina prošlog veka postavio je koacervatnu hipotezu i pretpostavio da je za postojanje života nužno odvajanje ćelije kao sistema od okoline.
(Ilustracija Pixabay)
(Indeks)
