Kosmiczny import

Budulcem białek i kwasów nukleinowych są głównie lewoskrętne aminokwasy i prawoskrętne cukry. Od 150 lat naukowcy próbują wyjaśnić, dlaczego natura upodobała sobie właśnie te cząsteczki organiczne, choć w przyrodzie występują także inne ich rodzaje. Prawdopodobne rozwiązanie znaleźli astronomowie: ten rodzaj asymetrii został zakodowany w cząsteczkach organicznych w przestrzeni międzygwiezdnej przed powstaniem Układu Słonecznego. Dopiero później zarodniki życia dotarły na Ziemię. Przyniosły je komety i meteoryty. Odkrycie to opisuje tygodnik "Science".

Narodziny życia na Ziemi owiane są tajemnicą, której być może nigdy nie zgłębimy. Wiemy, że pojawiło się miliard lat po uformowaniu naszej planety, lecz nie wszyscy naukowcy są przekonani, że ten czas wystarczył do tego, by z martwej materii mogły się rozwinąć żywe komórki. Potrzeba było
3 mld lat, by zamieszkujące ocean bakterie przekształciły się w wielokomórkowe organizmy i życie wyszło na ląd. Zajęło to 90 proc. czasu rozwoju życia na naszej planecie.
Jedna z teorii zakłada, że "ziarenka" życia przywędrowały z kosmosu. Przyniosły je niemal 4 mld lat temu zderzające się z Ziemią komety, meteoryty i asteroidy. W ubiegłym roku naukowcy z Arizona State University natrafili na niespotykaną różnorodność cząsteczek
organicznych (w tym lewoskrętnych
aminokwasów) w meteorycie, który w 1969 r. spadł w pobliżu Murchison w Australii. To unikatowe znalezisko przekonało ich, że asymetria prawdopodobnie istniała w materii, z której narodził się Układ Słoneczny, a więc zanim na naszej planecie pojawiło się życie.
Cząsteczki o asymetrycznym kształcie mogą istnieć w dwóch formach: prawo- lub lewoskrętnej; pierwsza jest zwierciadlanym odbiciem drugiej. Gdy wytwarza się je w laboratorium, uzyskuje się tyle samo cząsteczek obu rodzajów. Żywe organizmy nie są jednak złożone z ich mieszaniny. Aminokwasy, czyli cegiełki, z których zbudowane są białka, zawsze są lewoskrętne, a cukry prawoskrętne. Naukowcy z zespołu Jeremy'ego Baileya z Anglo-Australian Observatory w Epping w Australii twierdzą, że znaleźli wyjaśnienie tej dziwnej tendencji. Na trop naprowadziły ich obserwacje Wielkiej Mgławicy Oriona, znajdującej się w odległości 1500 lat świetlnych od Ziemi. Wiadomo, że gdy substancję o jednakowej liczbie prawo- i lewoskrętnych cząsteczek podda się działaniu tzw. kołowo spolaryzowanego światła, większość molekuł przyjmie prawo- lub lewoskrętną formę. W Wielkiej Mgławicy Oriona znajduje się obszar, w którym powstają nowe gwiazdy i istnieje wiele organicznych cząsteczek. Badacze nazywają go Chmurą Cząsteczkową Oriona 1. Tam astronomowie dostrzegli niezwykłe natężenie kołowo spolaryzowanego światła. Wiele źródeł, w tym nasze Słońce i większość sztucznych źródeł, wysyła światło nie spolaryzowane. Kołowa polaryzacja rzadko zachodzi w naturalnych warunkach. Przypuszcza się, że ten rejon wygląda tak jak niegdyś miejsce, w którym narodził się nasz system planetarny. Jeremy Bailey uważa, że spolaryzowane światło "wymusza" na każdej organicznej cząsteczce w chmurze materii - tworzywie gwiazd i planet - by wybrała jedną z dwóch form. Podobny proces zachodzący pod wpływem promieniowania ultrafioletowego doprowadził do powstania ogromnej liczby lewoskrętnych aminokwasów, które następnie dotarły na Ziemię.
Jeśli Bailey ma rację i zarodki życia rzeczywiście przybyły z gwiazd, pozostaje pytanie, jak aminokwasy przerodziły się w żywe organizmy. Od lat 50. prowadzone są próby odtworzenia pierwotnego środowiska Ziemi, które - według Claudii Huber i Güntera Wachtershausera z Technische Universität w Monachium - było gorącą wylęgarnią ciepłolubnych organizmów żywych. Niemieckim badaczom udało się stworzyć w laboratorium warunki bardzo zbliżone do panujących przy gorących otworach wulkanicznych na dnie pradawnych oceanów. Z aminokwasów, siarczków zawierających żelazo i nikiel oraz toksycznego tlenku węgla przygotowali wrzący "pierwotny bulion". Do "smaku" dodawali cuchnący siarkowodór lub równie odrażający metanotiol. W tej trującej zupie udało im się zainicjować przemianę aminokwasów w peptydy, związki pośrednie pomiędzy
aminokwasami i białkami.
Na Ziemi prawdopodobnie nigdy nie znajdziemy śladu pierwszego życia. Najstarsze organizmy nie miały szkieletów, nie znajdziemy zatem ich skamieniałości. Pozostały po nich tylko chemiczne ślady w postaci węglowodorów. Znajdują się one w najstarszych skałach, których większość uległa wielokrotnym przeobrażeniom w gwałtownych procesach geologicznych. Pierwotne osady powstawały w oceanach i dawno uległy przemianie, zacierając pierwsze ślady życia. - Ciągle nie wiemy, w jak prostych formach może zaistnieć życie. Jeśli zaczęło się od nieskomplikowanych związków organicznych, nie potrzebowało dużo czasu, by pojawić się na dawnej Ziemi. Chciałbym wiedzieć, które cząsteczki zaczęły ten "biznes". Jeśli były to bardzo proste związki, prawdopodobnie nie jesteśmy sami we wszechświecie, a kosmos roi się przynajmniej od bakterii. Wyobraźmy sobie, że na podłodze leżą rozsypane elementy małego robota: ręce, nogi i głowa. Części pojawiły się same z siebie, a robot, który powstał w moim laboratorium w wyniku spontanicznej samoorganizacji, potrafi wytwarzać swoje kopie. Tak właśnie zachowują się prymitywne formy życia. Nieskomplikowany proces mógłbym odtworzyć w laboratorium, lecz gdybym miał składać z części jumbo jeta, nie zdołałbym tego zrobić. Wierzę jednak, że życie miało prosty początek - mówi André Brack z Centre de Biophysique Moleculaire w Orleanie.
Rozwiązanie zagadki pochodzenia życia być może znajduje się na Marsie. Wielu chemików i biologów ma nadzieję, że życie na tej planecie powstało w podobny sposób jak na naszej. Gdy "narodził się" Mars, panowały tam takie same warunki jak na Ziemi. Płynęła woda, istniała atmosfera, spadały komety i meteoryty bogate w cząsteczki organiczne. Nic nie wskazuje na to, by na Marsa przynosiły mniej materii organicznej niż na Ziemię, tylko - jak twierdzą naukowcy - cząstek tych trzeba szukać w odpowiednim miejscu. Na czerwonej planecie prawdopodobnie nigdy nie doszło do tak gwałtownych procesów tektonicznych jak na Ziemi. Jeśli "coś" pozostawiło tam swoje ślady, osady są nietknięte i czekają na nas. Wyjątkowo obiecujące pod tym względem są ostatnie odkrycia krążącej wokół Marsa sondy Mars Global Surveyor. Sfotografowała ona młode kratery, mające zaledwie 500 mln lat - widać na nich ślady erozji spowodowanej przez wodę. Świadczy to o tym, że niedawno płynęła tam woda. Jeśli wielki ocean wyparował miliardy lat temu, mogły się tam utrzymać lokalne jeziora, które pół miliarda lat temu być może tętniły życiem. Mamy szansę znaleźć na Marsie organizmy znacznie prostsze niż bakterie czy wirusy i dowiedzieć się, jak powstało życie.
- Jako chemik w identycznych warunkach muszę otrzymać ten sam produkt - tłumaczy André Brack. - Prawdopodobieństwo narodzenia się prymitywnego życia na Marsie jest naprawdę wysokie. Lubię myśleć o czerwonej planecie jak o stop-klatce z pierwszych minut filmu o ewolucji na Ziemi. Składniki, z których powstało życie na naszym globie, znajdowały się niegdyś na Marsie. Z pewnością nie rozwijały się tam identyczne bakterie jak na Ziemi, lecz mogły żyć organizmy o wiele mniejsze niż ziemskie. Nikt nie udowodnił, że najmniejsza komórka, jaką tutaj znajdziemy, jest najmniejszą, jaka może w ogóle istnieć. Można sobie wyobrazić żywy organizm, który potrzebuje mniej informacji, niż zawiera materiał genetyczny bakterii. Prawdopodobne jest życie tworzone przez mniejsze - a przez to mniej wydajne - komórki. Sinice tworzące ponad 3 mld lat temu słynne skamieniałości, czyli stromatolity, są dużymi organizmami. Ale przecież mogą istnieć mniejsze. Za żywy system uznałbym taki, który byłby bardziej prymitywny niż wyszukana struktura, jaką jest komórka. Jej działanie opiera się na podziale funkcji między informację genetyczną a znajdującą się w enzymie "maszynkę" do wytwarzania kopii. Łatwo sobie wyobrazić prostszy system, w którym jedna cząsteczka spełniałaby obie funkcje, na przykład może to być autokataliza. Biolodzy nie lubią tego pomysłu, twierdzą bowiem, że żaden twór mniejszy od komórki nie może być żywy. Uważam jednak, że każdy system chemiczny zdolny do tworzenia swoich kopii i przekształcania się przejawia podstawowe cechy życia - konkluduje Brack.
Wielu chemików interesujących się początkami życia przyznaje, że jego esencja - związki zdolne do kopiowania i ewoluowania - powinna być taka sama w całym wszechświecie. Jeśli życie powstało również na Marsie i istniały tam proste związki chemiczne potrafiące się kopiować i mutować, mogły się też pojawić marsjańskie stromatolity. Michael Carroll, od lat malujący pozaziemskie światy, umieścił je na swoim obrazie przedstawiającym marsjański krajobraz sprzed miliardów lat.