Życie przed życiem

Na pierwszych pięciuset stronach nie ma nic - są zupełnie białe, na kolejnych pięciuset pojawiają się niekiedy niezbyt czytelne słowa. Dopiero na tysięcznej stronie moglibyśmy znaleźć pierwsze zdania, lecz atrament jest rozmazany. Historię gatunku ludzkiego udałoby się zapisać na końcu ostatniej kartki.

Niewiele wiemy o Ziemi sprzed 4 mld lat. Pierwotnie była zupełnie innym światem niż dzisiejszy. Spowijała ją gęsta, trująca atmosfera, z chmur nieustannie padał deszcz i strzelały pioruny. Ogromne wulkany wystające z czarnej, zaschniętej lawy ziały cuchnącym siarkowodorem, parą wodną i popiołem. Prawdopodobnie istniał już ocean, lecz człowiek poparzyłby się w jego gorących wodach. W tym upiornym świecie pewnego dnia drgnęła jednak pierwsza komórka, praprzodek wszystkich żywych organizmów. Czy doszło do tego w płytkich lagunach, smaganych słonecznym promieniowaniem ultrafioletowym, czy w mrocznych głębinach morskich? Biolodzy nie są pewni. Nie wiedzą, kiedy się to dokładnie stało ani jakie związki dały początek życiu. Najstarsze znane skamieniałości liczą 3,5 mld lat i mogą być śladem cyjanobakterii, które - podobnie jak rośliny - "zjadają" energię słoneczną. Biolodzy uważają jednak, że były to organizmy dość zaawansowane ewolucyjnie i musiały mieć wielu protoplastów, takich jak nie znoszące tlenu bakterie, które zdobywały energię z siarkowodoru lub innych cząsteczek organicznych, ale dotychczas nie trafiono na ich ślady.
W pobliżu Wielkiego Jeziora Niewolniczego w Kanadzie leżą najstarsze skały na Ziemi. Liczą ponad 3,9 mld lat. Wybrzeża zachodniej Grenlandii i półwyspu Labrador powstały na morskim dnie 3,8 mld lat temu. Poddane recyklingowi we wnętrzu Ziemi, nie zawierają już skamieniałości, lecz nadal są bezcenne. Naukowcy tną je na cieniutkie plasterki, mielą i umieszczają w skomplikowanych aparatach. Szukają najstarszych odcisków życia. Nie łudzą się, że znajdą zachowane fragmenty organizmów, ale wypatrują izotopów węgla. Żywe stworzenia pobierają bowiem dwutlenek węgla z atmosfery, wzbogacając wytwarzane przez siebie substancje komórkowe w 12C. Biolodzy wiedzą o tym dzięki obserwacjom współczesnych bakterii. Zespół Minika Rosinga z Muzeum Geologicznego w Kopenhadze dokonał sensacyjnego odkrycia podczas badania mikroskopijnych kulek grafitu z grenlandzkich skał. Naukowcy trafili na ślady najstarszych żywych organizmów na naszej planecie - planktonu pływającego w pierwotnym oceanie 3,7 mld lat temu. W dzisiejszym planktonie znajduje się dużo 12C, a niewiele 13C. Zawartości obu izotopów w dawnych skałach i bardziej współczesnych osadach (zawierających szczątki planktonu) okazały się zbliżone. Odkrywcy twierdzą, że jest to dowód na istnienie pierwotnego planktonu, jednego z pierwszych żywych systemów, a życie jest starsze, niż sądzimy, o co najmniej 200 mln lat.
Do niedawna większość biologów i chemików uważała, że życie "ugotowało się" ze związków nieorganicznych w gorącej zupie pierwszego oceanu. Kalifornijscy badacze twierdzą jednak, że mają dowody wspierające hipotezę, iż życie na Ziemi zapoczątkowała "meteorytowa i kometarna manna" z nieba. Uważają, że duża ilość niezbędnych cząsteczek organicznych może być wytwarzana w kosmosie. W przestrzeni międzygwiezdnej znajduje się wiele takich związków. Galaktykę spowijają wielkie obłoki molekularne o rozmiarach dziesiątek lat świetlnych. Te chmury gazu i pyłu są fabrykami chemicznymi, gdzie w temperaturze -200°C i deszczu zabójczych promieni ultrafioletowych powstają molekuły i nowe gwiazdy. Dotychczas odkryto tam ponad sto różnych związków; wiele z nich to podstawowe surowce do życia na Ziemi, składniki węgla kopalnego, sadzy i spalin samochodowych. Najbardziej powszechne są cząsteczki węgla i wodoru przypominające kształtem plaster miodu, tzw. wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne.


Możliwe, że chcąc poznać początki życia, zmuszeni będziemy się udać do źródła: w kosmos

Ponieważ o podróżach po galaktyce możemy wyłącznie marzyć, badacze z NASA Ames Research Center i Stanford University odtworzyli świat obłoków międzygwiezdnych w laboratorium. "Chcieliśmy sprawdzić, jakie reakcje chemiczne tam zachodzą. Uzyskaliśmy związki podobne do tych, które dziś masowo występują w żywych systemach i odgrywają istotną rolę w ich procesach biologicznych" - mówi Max Bernstein z NASA Ames. "To bardzo ważne odkrycie. Zwiększa prawdopodobieństwo, że gdzieś we wszechświecie istnieje jeszcze życie oparte na węglu" - podkreśla prof. Richard Zare, chemik ze Stanford University. "Te molekuły mogły być wykorzystane przez pierwsze organizmy na Ziemi i być może właśnie dlatego stały się częścią naszej biochemii" - dodaje Louis Allamandola z NASA Ames. "Te same związki znaleziono w bogatych w węgiel meteorytach. Teraz wiemy, jak mogły powstać" - twierdzi Scott Sandford, astrofizyk z NASA Ames.
Węglowodory docierają w pobliże Ziemi w pyle międzyplanetarnym oraz mikroskopijnych fragmentach komet i asteroid. Każdego dnia na Ziemię spada prawie tona takiego materiału. Gdy z wielkiej kosmicznej chmury zaczęło się formować Słońce i planety, zapewne lodowe ziarna, do których przylepiają się węglowodory, łączyły się w komety, z nich zaś wiele zderzało się z Ziemią, rozsiewając cząsteczki organiczne. "Wygląda na to, że materia trafiająca na młodą Ziemię była już dość złożona i użyteczna do tego, by zapoczątkować procesy uznawane dziś za przejaw życia. Z pewnością dużo tego, co spadło z nieba, było półproduktem gotowym do wykorzystania" - dodaje Sandford. Węglowodory aromatyczne powstające w atmosferach umierających gwiazd rzadko używane są przez żywe organizmy, przynajmniej na Ziemi. Kalifornijscy naukowcy udowodnili jednak, że we wnętrzach obłoków międzygwiezdnych mogły być "przerobione" na bardziej przydatne biologiczne związki, czyli alkohole, ketony i estry. Nadal nie wiemy, jak powstały pierwsze żywe organizmy, lecz z pewnością niezbędny był do tego odpowiedni surowiec i dysponujemy kolejnymi dowodami na to, że kosmos może być jedynym miejscem, gdzie wytwarzany jest w dostatecznej ilości. Możliwe więc, że dużo pozaziemskiej materii organicznej dotarło na Ziemię nawet 4,4 mld lat temu.
Nie wszyscy naukowcy akceptują tę hipotezę, podkreślając, że gdy rodziło się życie, Ziemia zupełnie nie przypominała dobrze nam znanej planety. Słońce emitowało 40 razy więcej śmiercionośnego promieniowania ultrafioletowego i słabiej grzało. Planetę opływał ocean magmy, a pierwsze morza były bardzo gorące. Tajfuny i ogromne fale pływowe przemierzały glob. W tak ekstremalnych warunkach cząsteczki przyniesione przez komety zostałyby natychmiast zniszczone.
Bardziej bezpiecznym miejscem byłoby więc dno oceanów, gdzie bez inwazji z kosmosu życie mogło się rozwinąć w pobliżu gorących źró- deł - pęknięć w dnie oceanicznym. Z głębi Ziemi wypływa przez nie gorąca woda. Nigdy nie dociera tam światło słoneczne i zawsze panuje miażdżące ciśnienie, niemniej jednak są oazami życia. Żyje tam wiele ciepłolubnych bakterii i bezkręgowców, które czerpią energię z kipiących różnorodnymi związkami chemicznymi brunatnych wód. Kilka miesięcy temu w Laboratorium Geofizycznym Carnegie Institution odkryto, że w pobliżu otworów hydrotermalnych dochodzi do przemiany azotu w amoniak. Azot jest podstawowym składnikiem aminokwasów i kwasów nukleinowych, a amoniak był zapewne niezbędny do powstania życia. Badacze z Carnegie sugerują, że amoniak najprawdopodobniej produkowany jest w źródłach hydrotermalnych. Zakładają więc, że podmorskie głębiny odegrały istotną rolę w narodzinach życia. Teorię tę wsparło niedawne odkrycie japońskich badaczy z politechniki w Nagaoka. Zespół Koichiro Matsuno stworzył w laboratorium kopię podwodnego środowiska i z prostych aminokwasów uzyskał bardziej złożone, wchodzące w skład białek peptydy. Naukowcy twierdzą, że proces polimeryzacji był ważnym elementem ewolucji chemicznej, która doprowadziła do powstania zwiastunów życia. "Od co najmniej dziesięciu lat przypuszczano, że otwory hydrotermalne są miejscami, gdzie narodziło się życie, a nam udało się to udowodnić" - mówił Matsuno.
Czy najnowsze odkrycia zbliżą nas do rozwiązania zagadki naszego pochodzenia? - Obawiam się, że pierwsze strony księgi pozostaną nie zapisane. Prawdopodobnie nie będziemy w stanie udowodnić, jaki proces chemiczny zapoczątkował życie, gdyż nigdy nie uda się nam odtworzyć pierwotnego środowiska. Przez 4 mld lat na Ziemi za dużo się zmieniło. Na naszej planecie nie jest problemem znalezienie śladów życia, lecz pozostałości najwcześniejszych wystarczająco starych skał. Zniszczyły je gwałtowne procesy geologiczne. Na Marsie, gdzie zjawisko tektoniki płyt prawdopodobnie nigdy nie wystąpiło, osady leżą nietknięte i czekają na nas - mówi francuski chemik André Brack. Możliwe więc, że chcąc poznać początki życia, zmuszeni będziemy się udać do źródła, czyli w kosmos.

Zdjęcia: East News/Sipa Press