Αποκαλύπτοντας την προέλευση της ζωής – Οι επιστήμονες ανακάλυψαν «βασικά οργανικά μόρια» σε αρχαίους αεραγωγούς

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Νιούκαστλ, με την υποστήριξη του Συμβουλίου Έρευνας Φυσικού Περιβάλλοντος του Ηνωμένου Βασιλείου, έχουν εμβαθύνει στο μυστήριο της εμφάνισης της ζωής στη Γη πριν από περισσότερα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Εξερεύνησαν τη μετατροπή των αδρανών γεωλογικών υλικών στα πρώτα ζωντανά συστήματα. Τα πειράματά τους περιελάμβαναν συνδυασμό υδρογόνου, διττανθρακικού και πλούσιου σε σίδηρο μαγνητίτη υπό συνθήκες παρόμοιες με τις μέτριες υδροθερμικές οπές. Αυτή η διαδικασία είχε ως αποτέλεσμα μια σειρά από οργανικά μόρια, συμπεριλαμβανομένων λιπαρών οξέων που περιέχουν έως και 18 άτομα άνθρακα.

Δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Επικοινωνίες Γης και ΠεριβάλλοντοςΤα ευρήματά τους πιθανότατα θα αποκαλύψουν πώς μερικά από τα βασικά μόρια που απαιτούνται για την παραγωγή ζωής αποτελούνται από ανόργανα χημικά, κάτι που είναι απαραίτητο για την κατανόηση ενός βασικού βήματος στο πώς σχηματίστηκε η ζωή στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Τα αποτελέσματά τους μπορεί να παρέχουν μια εύλογη προέλευση για τα οργανικά μόρια που αποτελούν τις αρχαίες κυτταρικές μεμβράνες, οι οποίες μπορεί να έχουν επιλεγεί επιλεκτικά από πρώιμες βιοχημικές διεργασίες στην πρωτόγονη Γη.

Λιπαρά οξέα στα πρώτα στάδια της ζωής

Τα λιπαρά οξέα είναι μακρά οργανικά μόρια που περιέχουν περιοχές που προσελκύουν και απωθούν το νερό που θα σχημάτιζαν αυθόρμητα κυτταρικά διαμερίσματα στο νερό φυσικά και είναι αυτοί οι τύποι μορίων που θα μπορούσαν να έχουν δημιουργήσει τις πρώτες κυτταρικές μεμβράνες. Ωστόσο, παρά τη σημασία τους, η πηγή αυτών των λιπαρών οξέων στα πρώτα στάδια της ζωής δεν ήταν σίγουρη. Μια ιδέα είναι ότι μπορεί να έχουν σχηματιστεί σε υδροθερμικές οπές όπου ζεστό νερό και υγρά πλούσια σε υδρογόνο που προέρχονται από υποβρύχιες οπές αναμιγνύονται με θαλασσινό νερό που περιέχει διοξείδιο του άνθρακα.₂.

Η ομάδα αναπαρήγαγε σημαντικές πτυχές του χημικού περιβάλλοντος που βρέθηκαν στους πρώιμους ωκεανούς της Γης και την ανάμειξη ζεστού αλκαλικού νερού από ορισμένους τύπους υδροθερμικών αεραγωγών στο εργαστήριό τους. Βρήκαν ότι όταν ζεστά υγρά πλούσια σε υδρογόνο αναμίχθηκαν με νερό πλούσιο σε διοξείδιο του άνθρακα παρουσία ορυκτών με βάση τον σίδηρο που υπήρχαν στην πρώιμη Γη, δημιουργήθηκαν οι τύποι μορίων που απαιτούνταν για να σχηματιστούν πρωτόγονες κυτταρικές μεμβράνες.

Ο επικεφαλής συγγραφέας, Δρ Graham Purvis, διεξήγαγε τη μελέτη στο Πανεπιστήμιο του Newcastle και είναι επί του παρόντος μεταδιδακτορικός ερευνητικός συνεργάτης στο Πανεπιστήμιο Durham.

Είπε: “Τα κυτταρικά διαμερίσματα είναι το κεντρικό στοιχείο στην προέλευση της ζωής και είναι απαραίτητα για την απομόνωση της εσωτερικής χημείας από το εξωτερικό περιβάλλον. Αυτά τα διαμερίσματα έχουν συμβάλει στην προώθηση αντιδράσεων που συντηρούν τη ζωή με τη συγκέντρωση χημικών ουσιών και τη διευκόλυνση της παραγωγής ενέργειας και πιθανόν να εξυπηρετούν ως ακρογωνιαίος λίθος.» Στις πρώτες στιγμές της ζωής.

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η συγγένεια των πλούσιων σε υδρογόνο υγρών από αλκαλικές υδροθερμικές οπές με νερά πλούσια σε διττανθρακικά σε ορυκτά με βάση τον σίδηρο θα μπορούσε να έχει κατακρημνίσει τις πρωτόγονες μεμβράνες των πρώιμων κυττάρων στην αρχή της ζωής. Αυτή η διαδικασία μπορεί να έχει δημιουργήσει μια ποικιλία τύπων μεμβρανών, μερικοί από τους οποίους πιθανότατα χρησίμευσαν ως το λίκνο της ζωής όταν ξεκίνησε η ζωή για πρώτη φορά. Επιπλέον, αυτή η διαδικασία μετασχηματισμού μπορεί να συνέβαλε στον σχηματισμό συγκεκριμένων οξέων που βρίσκονται στη στοιχειακή σύνθεση των μετεωριτών.

Ο επικεφαλής ερευνητής Dr John Tilling, Αναγνώστης στη Βιογεωχημεία στη Σχολή Φυσικών Επιστημών του Περιβάλλοντος, πρόσθεσε:

“Πιστεύουμε ότι αυτή η έρευνα μπορεί να προσφέρει το πρώτο βήμα στο πώς προέκυψε η ζωή στον πλανήτη μας. Η έρευνα στο εργαστήριό μας συνεχίζει τώρα για να καθορίσει το δεύτερο βασικό βήμα: πώς αυτά τα οργανικά μόρια που ήταν αρχικά “κολλημένα” σε μεταλλικές επιφάνειες θα μπορούσαν να απελευθερωθούν για να σχηματιστούν θάλαμοι που μοιάζουν με κύτταρα που περιβάλλονται από μια σφαιρική μεμβράνη.» Τα πρώτα πιθανά «πρωτοκύτταρα» που σχημάτισαν την πρώτη κυτταρική ζωή.

Είναι ενδιαφέρον ότι οι ερευνητές επισημαίνουν επίσης ότι οι αντιδράσεις σχηματισμού μεμβρανών εξακολουθούν να συμβαίνουν στους ωκεανούς κάτω από τις επιφάνειες των παγωμένων φεγγαριών στο ηλιακό μας σύστημα σήμερα. Αυτό αυξάνει την πιθανότητα εναλλακτικής προέλευσης ζωής σε αυτούς τους μακρινούς κόσμους.

Αναφορά: «Generation of Long-Chain Fatty Acids by Hydrogen Bicarbonate Reduction in Ancient Alkaline Hydrothermal Vents» των Graham Purvis, Lydia Schiller, Archie Crosky, Ζεύς Vincent, Corinne Wells, Jake Shreve, Sijo Xavier και John Tilling, 10 Ιανουαρίου 2024, Επικοινωνίες Γης και Περιβάλλοντος.
doi: 10.1038/s43247-023-01196-4

Η μελέτη χρηματοδοτήθηκε από το Συμβούλιο Έρευνας Φυσικού Περιβάλλοντος.