Naučnici oživeli drevne hemijske reakcije za koje kažu da su pokrenule život na Zemlji

Život na Zemlji je verovatno započeo u toplim, podvodnim „hemijskim vrtovima“ bogatim vodonikom i gvožđem. Istraživači iz Nemačke su sada simulirali to okruženje u laboratorijskimuslovima i otkrili da arhaični oblici života koji danas žive u dubokom moru mogu uspevati pod ovim praiskonskim uslovima.

Ipak, nije lako sasvim zamisliti kako je život započeo na našoj planeti. U današnjim ekosistemima život je toliko duboko isprepletan da veoma malo organizama direktno koristi sirove materijale sa Zemlje. Tako je bilo već veoma, veoma dugo.

Međutim, prvi organizmi na inače beživotnoj planeti morali su da se snalaze sa onim što je mineralno okruženje nudilo. Skoro da nije bilo kiseonika, a ni fotosinteze. Kao što možete videti u videu ispod, neki organizmi u dubokom moru i danas žive na taj način, opstajući pored hidrotermalnih izvora na dubinama do kojih sunčeva svetlost ne dopire.

Koristeći elektrone iz vodonika koji izbija iz Zemljine unutrašnjosti, mikroorganizmi iz dubokog mora slede recept stariji čak i od gena koje koriste u tom procesu – tzv. acetil-CoA put. To je jedini metod za vezivanje ugljenika – pretvaranje neorganskog ugljenika u organske spojeve – koji se može ponovo stvoriti bez upotrebe enzima.

Ali kada je ovaj recept prvi put nastao, u ranim danima Zemlje, morska voda je sadržala znatno više rastvorenog gvožđa nego danas. Tim na čelu sa geohemičarkom Vanesom Helmbreht sa Univerziteta Ludvig Maksimilijan u Minhenu želeo je da testira koliku bi razliku to rastvoreno gvožđe moglo da napravi, simulirajući uslove drevnog okeana u laboratoriji.

„Drevna pojava hidrotermalnih ležišta bogatih gvožđe-sulfidima u geološkim zapisima seže u rani arhaik (pre 4 do 3,6 milijardi godina) i pokazuje fosilne tragove koji se tumače kao neki od najstarijih dokaza života na Zemlji“, piše tim u radu koji opisuje eksperiment, a prenosi Science Alert.

„Međutim, veze između abiotčke proizvodnje H₂ (dihidrogena) u hemijskim vrtovima od gvožđe-sulfida koji simuliraju praiskonske hidrotermalne sisteme i ranog života su retke.“

Jednoćelijski mikrob iz domena arheja (prabakterija), Methanocaldococcus jannaschii, odabran je kao ispitanik za ove simulacije. Prvobitno je sakupljen sa hidrotermalnog izvora uz zapadnu obalu Meksika, gde, koristeći acetil-CoA put, koristi ugljen-dioksid i vodonik kao glavne izvore energije.

„Abiotčki H₂ je bio potencijalno važan donor elektrona, a CO₂ je služio kao ključni akceptor elektrona za prve ćelije“, objašnjava tim. „Anaerobni organizmi koji koriste put reduktivne acetil-CoA fiksacije CO₂ zavisne od H₂ su savremeni predstavnici koji su sačuvali tragove prvih metabolizama.“

U okviru ekperimenata su M. jannaschii smestili u minijaturnu verziju hidrotermalnih izvora dubokog mora, pažljivo zatvorenu u staklenu bočicu. Ubrizgavanjem sulfidne tečnosti u vodu bez rastvorenog kiseonika formiran je crni talog koji se u roku od pet do 10 minuta razvio u strukturu nalik dimnjaku.

Na visokim temperaturama gvožđe i sumpor u ovom mikrosvetu formirali su minerale gvožđe-sulfida makinavit (FeS) i grejgit (Fe₃S₄). Kada se gvožđe-sulfid hidrira, oslobađa se H₂.

Iako je eksperimentalno okruženje bilo prilično drugačije od njegovog prirodnog staništa, M. jannaschii je uspevao u ovoj neobičnoj sredini.

„U početku smo očekivali samo blagi rast jer nismo dodali nikakve dodatne nutrijente, vitamine ili elemente u tragovima“, kaže Helmbreht. „Ali pored pojačane ekspresije nekih gena vezanih za acetil-CoA metabolizam, arheje su zapravo rasle eksponencijalno.“

Ćelije M. jannaschii su se uglavnom zadržavale neposredno pored čestica makinavita, u scenama veoma sličnim nekim od najranijih tragova života pronađenih u fosilima. Naučnici veruju da su upravo ovi hemijski vrtovi pokretali prve mikroorganizme na Zemlji.

To je dokaz da je recept za acetil-CoA metabolizam proistekao iz ekstremnih i energetskih siromašnih okruženja u kojima je život na Zemlji možda upalio svoje prve varnice.

„Naša studija ukazuje na to da su hemijski vrtovi od makinavita i grejgita mogli biti kolevke života – praiskonska okruženja koja su teoretski mogla da podrže neprekidnu evoluciju prvih metabolizujućih ćelija“, zaključuju autori.

Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Ecology & Evolution.