Jedan od velikih, neriješenih problema u objašnjavanju kako je nastao život na Zemlji je paradoks kokoš – jaje. Kako su se mogle osnovne biokemikalije – kao što su aminokiseline i nukleotidi – pojaviti prije biološkog katalizatora (proteina ili ribozima) koji postoji za omogućavanje njihovoga stvaranja?
U radu koji se pojavljuje u trenutnom broju The Biological Bulletin, znanstvenici predlažu da je treća vrsta katalizatora mogla započeti metabolizam i sam život, duboko u oceanskim hidrotermalnim otvorima. Prema modelu znanstvenika, koji je eksperimentalno realan, molekularne strukture koje uključuju elemente prijelaznih metala (željezo, bakar, nikal, itd.) i liganade (male organske molekule) mogle su katalizirati sintezu osnovnih biokemikalija (monomera), koji su djelovali kao blokovi za zgradu za više složenije molekule, što je dovelo u konačnici do porijekla života. Model su postavili Harold Morowitz s George Mason University (GMU), Vijayasarathy Srinivasan of GMU i Eric Smith sa Santa Fe Institute.
“Bilo je velikih problema oko teorija podrijetla života u zadnjih 50 godina, problem je što trebate velike molekule proteina da budu katalizatori i naprave monomere, ali i trebate monomere kako bi napravili katalizatore”, kaže Morowitz. Međutim, on predlaže, “Vi možete započeti s ovim malim metal-ligand katalizatorima i oni će izgraditi monomere koji se mogu koristiti kako bi se napravili (veliki proteinski katalizatori).”
Atom prijelaznog metala može djelovati kao jezgra kompleksa metal-ligand, u kojem je vezan i okružen s drugim ligandima. Morowitz i njegovi kolege predlažu da je jednostavan prijelazni kompleks metal-ligand u hidrotermalnim oceanskim otvorima katalizirao reakcije koje su rezultirale više složenijim molekulama. Ove sve složenije molekule tada su djelovale kao liganadi u sve učinkovitijim kompleksnim katalizatorima metal-ligand. Postupno, osnovni su se molekularni sastojci metabolizma akumulirali i bili u mogućnosti samostalno se organizirati u mreže kemijskih reakcija koje postavile temelj za život.
“Mi smo mislili ako razumijemo ono što ugljik, vodik, dušik, kisik, fosfor i sumpor rade, onda ćemo odmah biti u stanju razumjeti biologiju”, kaže Morowitz, navodeći elemente koji čine velik dio Zemljine biomase. “Ali sada smo otkrili da su ovi drugi prilično rijetki elementi, prijelazni metali, potrebni u biologiji te stoga pitamo – koja je bila njihova uloga u podrijetlu života?”Prijedlog sugerira da je početak životnog oblika prirodna posljedica jedinstvenih svojstva prijelaznih metala i teorije ligandnih polja, koja opisuje karakteristike kompleksa liganda.
“Ideja je proizašla iz studije o periodnom sustavu elementa. Mi smo uvjereni da ćete jedino ako ste u mogućnosti vidjeti kako se život stvara na neki formalni kemijski način, onda i stvarno riješiti problem”, kaže Morowitz. Morowitz i njegovi kolege pripremaju eksperimenate za testiranje katalitičkih svojstva prijelaznih kompleksa metal-ligand koji je izgrađen od različitih vrsta liganada. Ligandi se znaju čvrsto vezati za prijelazne metale uključujući i molekule koje nastaju tijekom redukcijskog ciklusa limunske kiseline, niza biokemijskih reakcija esencijalnih za mnoge mikroorganizme.
“Mislimo da je život vjerojatno počeo sa reduktivnim ciklusom limunske kiseline, a postoje i dokazi da se u uvjetima hidrotermalnih otvora formiraju neki od međuprodukata tog ciklusa”, kaže Morowitz. “Mi ćemo početi sa tim molekulama te ih pomiješati s različitim prijelaznim metalima, kuhati ih na različitim temperaturama na neko vrijeme i vidjeti koju smo vrstu katalizatora napravili.” Takvi eksperimenti bi mogli otkriti koje su vrste katalitičkih reakcija zauzele mjesto za postavljanje temelja za život. Hipoteza također dozvoljava mogućnost da se život mogao pojavili i više puta.
“Život je mogao nastati više puta i ako nađemo život drugdje u svemiru, mogao bi biti vrlo sličan životu kakav poznajemo ovdje, jer će se temeljiti na istim prijelaznim metalima i ligandima,” kaže Morowitz. “U ovom trenutku to je nagađanje, ali bi moglo postati formalna znanstvena jezgra za nastanak života.”
Izvor: Marine Biological Laboratory
