Ako vznikol život?

Táto otázka trápi ľudí už veky vekov a napriek tomu stále nie je uspokojivo zodpovedaná. Možno jej aj práve to pridáva na atraktívnosti. Je facsinujúce uvažovať o tom, ako sa z masy jednoduchých molekúl v nehostinných podmienkach mohli vyvinúť tak zložité organizmy ako je napríklad človek. Samozrejme existuje množtvo pohľadov, či už religionistických, teória panspermie, alebo čisto vedeckých. Práve tým posledným by som sa chcel bližšie venovať, vystihnúť ich podstatu, či nedostatky

Písmo: A- | A+
Diskusia  (150)

Život z atmosféry

Je viacero teórií snažiacich sa objasniť pôvod základných stavebných organických molekúl, jedna z nich hovorí, že sa k nám dostali z vesmíru napríklad na asteroide (panspermia). Aj keby sme súhlasili s tým, že takéto niečo je možné, stále to nerieši problém, ako vlastne vznikli vo vesmíre a kde sa vzali.

V 30. Rokoch 20. storočia Rus Alexander Oparin publikoval teóriu, v ktorej rozoberal vznik jednoduchých organických molekúl na Zemi. Na základe poznatkov z geochémie a astronómie postuloval základné rysy prvotnej atomsféry na Zemi. Tvrdil, že atomsféra ešte neobsahovala kyslík, zato bola bohatá na jednoduché plyny - metán, amoniak, vodík a vodná para. Oparin a Haldane predpokladali, že účinkom rôznych faktorov ako teplo, elektrický prúd a ultrafialové žiarenie, ktoré vtedy silno pôsobili na zemskom povrchu, na túto zmes vznikli jednoduché organické molekuly, ktoré sa prírodným výberom vyvinuli do primitívnych organizmov.1

SkryťVypnúť reklamu
Článok pokračuje pod video reklamou

Oparinova teória bola prakticky potvrdená Američanom Millerom v 50. rokoch, ktorý takýto koktejl podrobil nikoľkodňovému pôsobeniu elektrického prúdu (simulujúc blesky). Po odstavení bolo v zmesi prítomné množstvo organických molekúl, z toho veľká časť práve aminokyseliny - stavebný blok bielkovín, a teda jedna z hlavných stavebných jednotiek organizmov.

Toto bol dôležitý medzník, ktorý vytvoril akýsi spojník medzi jednoduchými molekulami a stavebnými jednotkami živých organizmov. Je dôležité poznamenať, že hlavný sporný moment tento teórie vychádzal zo zloženia atmosféry, ktoré je po takom dlhom čase iba veľmi ťažké určiť. Niektorí odporcovia (Yockey) tejto teórie tvrdia, že atmosféra nebola tak redukujúca ako uvádzal Oparin a navyše koncentrácia vznikajúcich aminokyselín by bola extremne nízka na efektívnu evolúciu, čo však väčšina odmieta opierajúc sa o výpočty (Stribling, Miller, Ferris, Kiedrowski). Iní vedci pridávajú takisto dusík a oxid uhličitý, čo však na teóriu nemá významný vplyv.2

SkryťVypnúť reklamu

Iba ľavé topánky.

Vo vesmíre je mnoho prípadov, kde si príroda mohla zvoliť z dvoch možností, ktoré sú navonok rovnaké, a aj keď štatisticky vychádza, že by mali mať zhruba rovnaké zastúpenie (50% a 50%), príroda preferovala iba jednu možnosť. Toto sa nazýva porušenie parity. Asi najjednoduchší prípad možeme vidieť pri atómoch. Skladajú sa z protónov, elektrónov a neutrónov. Existujú však aj antiatómy pozostávajúce z akýchsi antiprotónov, antielektrónov a antineutrónov. Čiže v podstate sú to atómy so záporným jadrom a kladných elektrónovým obalom. Je dôležité uviesť, že atómy a antiatómy nemožu vedľa seba existovat, pretože pri strete anihilujú. (V podstate úplne zmiznú, za uvoľnenia obrovského množstva energie.)

SkryťVypnúť reklamu

Tieto častice už boli aj umelo vytvorené. Podstatné je, že podľa našich znalostí a výpočtov majú antiatómy rovnaké vlastnosti ako klasické atómy, a keby bolo všetko vytvorené z antiatómov miesto atómov, nebadali by sme rozdiel. Avšak nedokážeme pochopit, prečo vo vesmíre tak významne prevážila hmota nad antihmotou. A prečo to vlastne nebolo naopak.

Podobný problém nastáva i v živých organizmoch. Ako som už spomínal, existujú molekuly, ktoré majú atómy pospajané rovnakým spôsobom, teda sú na prvý pohľad rovnaké, ale v skutočnosti sú zrkadlovým obrazom, nestotožniteľné, podobne ako pravá a ľavá noha. Aby sme sa vedeli z toho, my chemici vedeli vysomáriť, v prípade biochemických molekúl ich označujeme zväčša L a D. Čiže L‑aminokyseliny resp. D-aminokyseliny. Je absolútne fascinujúce, že živé systémy sa skladajú takmer úplne z L-aminokyselín a D-cukrov, aj keď šanca pre vznik L a D foriem je za normálnych okolností 50 ku 50. (Aj v experimente Millera vznikla zmes oboch foriem aminokyselín v zhruba rovnakom zastúpení.) Znovu raz porušenie parity, akoby hral vesmír s nami kocky...

SkryťVypnúť reklamu

(L a D aminokyseliny, analógia pravej a ľavej ruky)

Treba podotknúť, že L a D aminokyseliny sú vo vzťahu, ktorý nazývame enantioméry. Všetky fyzikálne a chemické vlastnosti majú rovnaké až na otáčanie polarizovaného svetla. Čo to znamená? Keď zasvietime na roztok L-aminokyseliny polarizovaným svetlom, svetlo nebude prechadzať cez roztok v priamke, ale bude o určitý uhol stočene napríklad doprava. V prípade D-aminokyseliny to bude o rovnaký uhol, ale na opačnú stranu.

Je teda evidentné, že jediný spôsob rozoznania týchto dvoch foriem v počiatkoch musel byť v rovnakom (chirálnom) prostredí. Podobne, ako keby ste mali v tme roztriediť pravé a ľavé topánky , museli by ste ich nasadzovať na napríklad pravú nohu. Tie ktoré by sedeli by boli topánky pravé, tie ktoré nie, ľavé. My však nedokážeme pochopiť prečo ich príroda takto roztriedila, navyše nevieme prečo si vybrala iba tie ľavé. Je zaujímavé, že to všetko sa muselo udiať ešte v prvopočiatku, a nie že tie "ľavé" organizmy postupom času pojedli tie "pravé", pretože by ich vlastne nedokázali ani stráviť. Naše telo dokáže stráviť práve iba tie L-aminokyseliny.

Porušenie parity - náhoda, alebo zámer?

Je nesmierne zaujímavé uvažovať nad tým, či si príroda vybrala jednu z dvoch možností zámerne, alebo je to iba dielom náhody. Ako sme vraveli, L-aminokyseliny a D-aminokyseliny možeme nejako od seba diferencovať iba v prostredí s rovnakou vlastnosťou, čiže schopnosťou mať "odlišný" zrkadlový obraz.

Cirkulárne polarizované svetlo

Ako vieme, svetlo, prípadne elektromagnetické žiarenie je v podstate dvojrozmerná vlna (po sčítaní vektorov), teda zrkadlový obraz bude stotožniteľný. Avšak svetlo je možné cirkulárne polarizovať, kedy ma vlna tvar špirály, podobne ako drážka na šróbiku. V takom prípade sa može stáčat buď do prava, alebo ľava. Tieto špirály su takisto zrkadlovými obrazmi (akýmisi enantiomérmi), a teda možu byť nositeľmi informácie chirality (podobne ako naše topánky v príklade). Bolo preukázané, že účinkom takéhoto žiarenia môžeme nakloniť pravdepodobnosť na našu stranu, a teda bude vznikať viac jednej formy (L alebo D) napríklad spomínaných aminokyselín.3

(cirkulárne polarizované žiarenie)

Takéto cirkulárne polarizované žiarenie ani nie je veľmi vzácne, žiarenie hviezd sa na medzihviezdnom prachu polarizuje. Problémom však je, že sa opať nemá prečo preferovať vznik iba ľavej alebo pravej šróbovnice žiarenia, ani sa nemá prečo iba jeden druh niekde odfiltrovať, tak aby na našu zmes plynov pôsobil iba jeden druh žiarenia.

Aminoacylácia tRNA

Nedávno sa objavila teória na podobnom princípe, ktorá tvrdí, že aminokyseliny sa diferencovali až po vzniku tRNA, ktorá ma tiež tvar závitnice, a pri akejsi reakcii aminokyselín s tRNA sú zvýhodnené L‑aminokyseliny, pretože „tam priestorovo lepšie pasujú". Problém je, že ani toto náš problém nerieši, pretože nevieme, prečo tRNA ma tvar prave tej jednej závitnice, a nie aj tej opačnej.4

Parity violating energy difference

Možno nakoniec budeme spokojní, že vesmír s nami predsa len nehrá lotériu. Kvantové výpočty ukazujú, že L a D aminokyseliny nakoniec možno nie sú úplne rovnaké. Podľa výpočtov je rozdiel v energie v rádoch 10-32 J. To pre predstavu znamená, že rozdiel medzi energiou desaťtisíc miliárd molekúl L a D aminokyseliny je rovný zhruba energii jedného fotónu (viditeľného svetla). To je nepredstaviteľne malé množstvo energie. Z toho pramení viacero problémov, aj keď je ako teória široko akceptovaná, seriózne praktické potvrdenie nám stále chýba. Ako povedal Feynman, akákoľvek pekná teória, ktorá nie je v súlade s experimentom je úplne bezcenná. Navyše, stojí za otázku, či by vlastne takýto minimálny rozdiel v energii by mohol spôsobiť takmer úplnú dominanciu iba jednej formy aminokyselín.5,6

Génova teória

V 20. rokoch minulého storočia publikoval Leonard Troland génovú teóriu vzniku života, ktorú neskôr adoptoval genetik Herman Muller. Tá hovorí, že život začal vznikom akéhosi enzýmu s auto i heterokatalytickymi vlastnostami. Inými slovami, že najprv existovali molekuly RNA, ktoré dokázali katalyzovať vlastný vznik, a zároveň katalyzovať veci okolo seba. Aj keď teória priamo neobjasňuje to, z kadiaľ sa RNA vzala, nukleové kyseliny, z ktorých sa skladá boli nájdene vo výsledkoch experimentov podobným tomu Millerovmu pri Oparinovej teórii. Mnohí odporcovia tvrdia, že je vysoko nepravdepodobné, aby sa taká zložitá štruktúra ako je RNA (relatívne obrovská molekula) iba tak vyskytla na prvopociatku. Autor však argumentoval, že na výskyt takejto štastnej náhody mala príroda niekoľko miliónov rokov.

(ilustrácia RNA)

Bohužiaľ, táto mysteriózna otázka zatiaľ nemá žiadny konkrétny záver a asi ani dlho mať nebude, ak vôbec niekedy áno. Aj tak si myslím, že je minimálne zaujímavé sa ňou zaoberať.

1. Fry, I.: The origins of research into the origins of life, Endeavour, 2006, 30 (1), 24-28

2. Lazcano, A.: Chemical evolution and the primitive soup: Did Oparin get it all right?, J. theor. Biol., 1997, 184, 219-223

3. Hough, J.H.; Bailey, J.A.; Chrysostomou, A.; Gledhill, T.M.; Lucas, P.W.; Tamura, M.; Clark, S.; Yates, J.; Menard, F.: Circular polarization in star-forming regions: Possible implications for homochirality, Advances in Space Research, 2001, 2, 313-322

4. Tamura, K.: Origin of amino acid homochirality: Relationship with the RNA world and origin of tRNA aminoacylation, BioSystems, 2008, 92, 91-98

5. Keszthelyi, L.: Parity-violating energy difference between enantiomers: recent developments, Mendeleev Communications, 2003, 13 (3), 129-130

6. Keszthelyi, L.; Szabó-Nagy, A.: Experimental Evidences for Parity Violating Energy Differences Between Enantiomers, Advances in BioChirality, 1999, 367-376

Peter Štacko

Peter Štacko

Bloger 
  • Počet článkov:  3
  •  | 
  • Páči sa:  0x

Študent chémie na MU, veľký športový fanúšik, úplne obyčajné indivíduum, ktoré skúma veci okolo seba. Jednoducho, taký malý ogrgeľ. :) Zoznam autorových rubrík:  SúkromnéNezaradené

Prémioví blogeri

Matúš Sarvaš

Matúš Sarvaš

2 články
Lívia Hlavačková

Lívia Hlavačková

43 článkov
Pavol Koprda

Pavol Koprda

9 článkov
Lucia Šicková

Lucia Šicková

4 články
Karolína Farská

Karolína Farská

4 články
Milota Sidorová

Milota Sidorová

5 článkov
SkryťZatvoriť reklamu