Eksperyment odtwarza świat bez życia i pojawiają się protokomórki, krok przed istotami żywymi: „Nie ma boskiego tchnienia” | Nauka

Geolog twierdzi, wciąż zdumiony, że on i jego koledzy stworzyli „protoświat” w swoim laboratorium, zaledwie 1500 metrów od plaży La Concha w San Sebastián. Brzmi transcendentalnie i rzeczywiście tak jest, ale jest to mały przezroczysty pojemnik o pojemności trzech litrów, do którego w zasadzie wrzucono szklankę wody, metanu, azotu i amoniaku, dodając wyładowania elektryczne, aby imitować dzikie środowisko prymitywnej Ziemi. Jest to kolejna wersja słynnego eksperymentu 22-letniego amerykańskiego chemika, któremu w 1952 roku z łatwością udało się stworzyć w tym pierwotnym bulionie podstawowe cegły żywych istot. Garcíę Ruiza spotkała jednak spora niespodzianka. Również w swojej butelce pewne konstrukcje, które uważa za przedpokój życia. „To niesamowite” – ogłasza.

Urodzony w Sewilli 71 lat temu badacz twierdzi, że jego eksperyment trwał zaledwie dwa tygodnie. Wkrótce utworzyła się warstwa powierzchniowa, przypominająca śmietankę na mleku, a czysta woda stała się żółtawo-brązowa. Obrazy mikroskopowe są niepokojące. Pojawia się mnóstwo maleńkich, krzywoliniowych struktur, które każdy obserwator przypisałby żywym istotom, ale tak nie jest. Są to po prostu samoorganizujące się cząsteczki.

„Zawsze podchodziliśmy do początków życia zgodnie z tekstem biblijnym, jak do tchnienia Bożego, do momentu, w którym jest ono już nieodwracalne. Nasze badanie sugeruje, że nie powinno tak być, ale jest to ewolucja chemiczna trwająca miliony lat, całkowicie przypadkowa, jak np. , a złożoność ta z biegiem czasu wzrasta. Może dotrzeć do samoorganizujących się struktur, a w niektórych przypadkach do samoorganizujących się struktur, takich jak życie” – wyjaśnia García Ruiz. „Tego typu protoświaty muszą istnieć na miliardach planet we wszechświecie. A te protoświaty mogą osiągnąć coś tak złożonego jak życie lub nic. Nie ma inteligentnego projektu, nie ma boskiego tchnienia, ale nie ma też fundamentalnej reakcji” – podkreśla geolog z .

Dwudziestokilkuletni Stanley Miller napisał swoje wyniki w lutym 1953 roku i zmienił sposób, w jaki ludzkość postrzegała siebie. Pokazał, że wystarczą trzy gazy, woda i wyładowania elektryczne, aby w laboratorium wytworzyć aminokwasy, składniki białek, czyli biologicznych maszyn tworzących żywą materię. Zespół Juana Manuela Garcíi Ruiza de Miller już w 2021 roku, ale zmienił oryginalny szklany pojemnik na teflonowy. Jego wniosek był aktualnością: nie pojawiła się tam żadna cegiełka życia. Niezbędna była krzemionka – minerał składający się z krzemu i tlenu – obecna w szkle. W ubiegłym roku konsorcjum pod przewodnictwem Garcíi Ruiza otrzymało od Unii Europejskiej badanie pochodzenia życia.

W nowym eksperymencie wygenerowano aminokwasy, a także pięć zasad nukleinowych, które są podstawowym składnikiem DNA, ale wielką nowością jest jednoczesne pojawienie się tych „protokomórek”. Geolog wyjaśnia, że ​​są to rodzaj pustych pęcherzyków, które dzielą przestrzeń, otaczając cegły życia i ułatwiając im wzajemne reagowanie, co jest kluczowym krokiem w tym ogromnym, prymitywnym oceanie. „Te protokomórki musiały pojawić się także w eksperymencie Millera i w kolejnych, ale do tej pory nikt ich nie szukał” – mówi García Ruiz, który kierował badaniami wraz ze swoim niemieckim kolegą.

Wyniki ich badań sugerują, że życie na Ziemi mogło pojawić się setki milionów lat wcześniej, niż wcześniej sądzono, w okresie Hadic, czyli okresie geologicznym, który rozpoczął się 4,6 miliarda lat temu wraz z powstaniem planety Ziemia, a zakończył około 4 miliardy lat temu . García Ruiz podkreśla, że ​​jego „protokomórki” powstają za pomocą barbotowania z powtarzających się jednostek kwasu cyjanowodorowego, prostej cząsteczki z atomem wodoru, innym atomem węgla i kolejnym atomem azotu. „Istnieje kilka badań, które sugerują, że z polimerów kwasu cyjanowodorowego można stworzyć wszystko, wszystko, czego potrzeba, aby dotrzeć do podstawowych elementów budulcowych życia” – mówi geolog. Wyniki ich badania zostały opublikowane w poniedziałek przez Narodową Akademię Nauk Stanów Zjednoczonych.

Meksykański biolog pamięta, że ​​zaledwie 100 lat temu radziecki naukowiec Aleksandr Oparin opublikował swoją rewolucyjną książkę, w której bronił hipotezy, że pierwsze organizmy powstały w wyniku chemicznej ewolucji cząsteczek pierwotnej zupy prymitywnej Ziemi. W środku zimnej wojny młody Amerykanin Stanley Miller z ZSRR. „Zasługą pracy Garcíi Ruiza jest śledzenie ewolucji prostych cząsteczek aż do powstania złożonych struktur mikroskopowych w tym samym układzie” – pochwala Lazcano, założyciel Laboratorium Pochodzenia Życia na Narodowym Autonomicznym Uniwersytecie Meksyku.

Meksykański badacz jest jednak ostrożny. „Nie nazwałbym ich protokomórkami, ponieważ sugeruje to ciągłość ewolucyjną, której daleko do wykazania i która nie odpowiada ich składowi chemicznemu” – zauważa. „Mają rację, pisząc, że być może były to mikroreaktory, które umożliwiały inne reakcje, jednak wciąż daleko nam do skonstruowania szczegółowej i realistycznej sekwencji ewolucji, która prowadziła od nieorganicznych składników i cząsteczek prebiotycznej Ziemi do pierwszych organizmów, m.in. z innych powodów, ponieważ nadal nie zgadzamy się co do dobrej definicji pierwszych form życia” – ostrzega Lazcano.

Sam García Ruiz podkreśla tę niepewność. „Powiedziałbym, że wniosek z naszej pracy jest taki, że dziś różnica między żywym a nieożywionym jest mniej wyraźna niż kiedykolwiek, zarówno pod względem morfologicznym, jak i chemicznym” – mówi geolog, który jest także emerytowanym pracownikiem naukowym w ( CSIC) w Granadzie, gdzie jego zespół przeprowadził część eksperymentów. García Ruiz ostrzega, że ​​w nadchodzących latach misje kosmiczne sprowadzą z Marsa skały, w których można będzie wykryć aminokwasy, zasady nukleinowe DNA, a nawet „protokomórki”, ale nie będzie to oznaczać odkrycia śladów życia pozaziemskiego.

Filozof biologii, znawca pochodzenia życia i modeli protokomórkowych, również pochwala „znakomitą pracę” Garcíi Ruiza. „Znaczenie i szczególne zainteresowanie tych badań, wykraczające poza postawienie pierwszych kroków w stronę życia w bardzo odległych czasach, polega na tym, że syntezie cząsteczek organicznych na wzór Millera towarzyszy tutaj tworzenie przedziałów o rozmiarze, morfologii i topologii podobne do komórek” – podkreśla Ruiz Mirazo z Uniwersytetu Kraju Basków.

„Pozostaje do rozstrzygnięcia – i mam nadzieję, że ta grupa podejmie teraz wyzwanie, jakim jest wykazanie tego – czy tego typu zamknięte i puste struktury supramolekularne można by połączyć z jakąś chemią prebiotyczną, z którą mogłyby ewoluować w kierunku form organizacji, ustanawiając mechanizmy wymiany materii i energii z otoczeniem” – ostrzega Ruiz Mirazo. „Z mojego punktu widzenia kapsułkowanie prekursorów biomolekularnych, choć konieczne (jak bronią autorzy artykułu), nie jest samo w sobie warunkiem wystarczającym, aby przedział można uznać za protocelula. Jednakże nauka we wszystkich swoich dziedzinach postępuje w ten sposób: im bardziej znaczące jest osiągnięcie, tym bardziej otwarte są wokół niego pytania. Kontynuowanie badań tą ścieżką niewątpliwie poszerzy horyzonty w poszukiwaniu naszego najgłębszego i najbardziej odległego pochodzenia, jako bytów biologicznych, którymi jesteśmy” – mówi badacz.

Geolog Juan Manuel García Ruiz przygotowuje wyprawę w 2026 roku do Kenii, miejsca, które według niego jest stosunkowo podobne do prymitywnej Ziemi, z obfitością jezior alkalicznych i krzemionki. W międzyczasie jego grupa będzie nadal powtarzać eksperyment Millera w nowych odsłonach, na przykład zmieniając temperaturę i dodając takie składniki, jak siarka, fosfor i tlenek węgla. „Wydłużymy czas, zaczniemy gotować i zobaczymy, co się stanie” – ogłasza.