– Може и да грешим за произхода на живота

Може и да грешим за произхода на живота

Снимка: Wikimedia

В продължение на близо девет десетилетия любимото обяснение на научните среди за произхода на живота беше „първичната супа“. Става дума за идеята, че животът започва от серия от химически реакции в горещото море на земната повърхност. Тези процеси са задвижвани от външен енергиен източник, като например мълния или ултравиолетова светлина. Но последните изследвания дават тежест на алтернативна идея – че животът е възникнал дълбоко в океаните в топлите скалисти структури, известни като хидротермални процепи, пише Арунас Развилавичус в статия, публикувана на сайта на Световния икономически форум. Array

Проучване, публикувано миналия месец, показва, че последният общ прародител на всички живи организми се е хранил с водороден газ в гореща и богата на желязо среда – точно като тази във въпросните процепи.

Защитниците на конвенционалната теория са скептични за това, че откритията трябва да променят гледната ни точка за произхода на живота. Но хипотезата за хидротермалните процепи, която често е описвана като екзотична и спорна, обяснява как живите клетки са еволюирали и как са придобили способността да получават енергия по начин, който не би бил възможен в първичната супа.

Според традиционната теория, животът възниква, когато мълния или ултравиолетови лъчи карат прости молекули да се съединят в по-сложни структури. Това достига до кулминацията си със създаването на молекули за съхраняване на информация, подобни на сегашният ни ДНК, в защитните мехурчета на примитивните клетки. Лабораторни експерименти потвърждават, че следите от молекулярни градивни блокове, които съставят протеините и информационните молекули могат да се създадат при същите условия. За мнозина първичната супа се е превърнала в най-правдоподобната среда за възникване на първите живи клетки.

Но животът не е само репликиране на информацията в нашият ДНК. Всички живи същества трябва да се размножават, за да оцелеят, но репликирането на ДНК и сбирането на нови протеини и градивни клетки от нулата, изисква огромни количества енергия. В основата на живота стоят механизмите за получаване на енергия от околната среда, съхраняването и и непрекъснатото ѝ насочване към ключови метаболични реакции.

Отговорът на въпроса от къде идва тази енергия и как стига до крайната си цел може да ни каже много за универсалните принципи на произхода и еволюцията на живота. Скорошни проучвания предполагат, че първичната супа не е най-подходящата среда за развитието на енергията на първите живи клетки.

Добре известно е, че целият живот на Земята се захранва от енергия, доставена от Слънцето и уловена от растения, или извлечена от прости съединения, като водород и метан. Много по-малко известен е фактът, че всички живи същества използват тази енергия по еднакъв и доста странен начин.

Този процес работи подобоно на хидроелектрическа централа. Вместо директно да захранват метаболичните си реакции, клетките използват енергията от храната, за да изпомпват протони (положително заредени водородни атоми) в резервоар зад биологичната мембрана. Това създава по-висока концентрация на протони от едната страна на мембраната. След това те се връщат през молекулярни турбини в мембраната, като водата, течаща в язовира. Това създава високоенергийни съединения, които след това се използват за захранване на останалите клетъчни дейности.

Животът може да е еволюирал, за да използва някой от безбройните източници на енергия на Земята, от топлинни и електрически заряди до радиоактивни скали. Вместо това, всички форми на живот са задвижвани от различни концентрации на протони в клетъчните мембрани. Това предполага, че най-ранните живи клетки са събирали енергия по подобен начин и че самият живот се е създал в среда, в която протоните са били най-достъпния източник на енергия.

Хипотеза на процепите

Последните изследвания, базирани на набор от гени, които вероятно са били в първите живи клетки, проследяват произхода на живота до дълбоките хидротермални процепи. Те са порести геоложки структури, произведени от химични реакции между твърди скали и вода. Алканите течности от земната кора извират от шахтите към по-киселинната океанска вода и създават естествена разлика в концентрацията на протони, много близка до тази, която захранва живите клетки.

Учените предполагат, че в ранните фази на еволюцията на живота, химичните реакции в примитивните клетки вероятно са били задвижвани от тези небиологични разлики в протоните. След това клетките са се научили да предизвикват собствени различия и са избягали от процепите, за да колонизират останалата част от океана и цялата планета.

Докато привържениците на теорията за първичната супа твърдят, че електростатичните заряди или слънчевата ултравиолетова радиация са предизвикали първите химични реакции в живите клетки, съвременния живот не се захранва от нито един от тези нестабилни енергийни източници.

Вместо това в сърцето на енергийното производство стоят йонните различия в биологичните мембрани. Нищо дори малко подобно не се появява в горещите извори на първичната супа на земната повърхност. В тази среда химичните съединения и заредените частици са поравно разположени, вместо да формират полюсните различния, които са така важни за живота.

Дълбоководните хидротермални процепи са единствената позната среда, която може да създаде сложни органични молекули с еднакви инструменти за производство на енергия като днешните клетки. Търсенето на произхода на живота в първичната супа е имало смисъл, когато сме знаели малко за универсалните принципи на енергията при живите оргаизми. Но с разширяването на знанието ни е време да приемем алтернативна хипотеза, която признава значението на енергийния поток, предизвикал първите биохимични реакции. Тези теории преодоляват пропастта между енергетиката на живите клетки и неживите молекули.