Nyt se onkin jo selviämässä
Vielä vuosi sitten kirjoitin kokonaisen pitkän sarjan blogeja siitä miten käsittämättömän vaikea ja mahdoton prosessi elämän synty on ollut. Tuolloin vielä näytti siltä että spontaani kemiallinen kehitys, alkaen pikkiriikkisistä molekyyleistä ja päätyen kokonaisiksi eläviksi soluiksi, näytti sisältävän loputtomasti ongelmia: ensinnäkin oikeanlaisten rakennuspalikoiden valikoituminen kaikenlaisista satunnaisista kemiallisista tuotteista oli täysi mysteeri, nukleotidien tuottaminen ei näyttänyt onnistuvan, samoin niiden polymerisaatio ja replikaatio oli hyvin vaikeaa.
Reaktiivista liukoista fosforia (schreibersiittiä) näytti olevan saatavana vain suurista meteoriiteista. Sitten oli hyvin suuri ongelma se että josko näille reaktioille tunnettiinkin joitakin mahdollisia reittejä, ne kaikki näyttivät vaativan erilaisia olosuhteita – vaikka loogisesti voisi ajatella että koko prosessin piti edetä yhdessä ja samassa paikassa alusta loppuun. Samoissa olosuhteissa piti myös kehittyä metaboliareittejä jotka tuottivat erilaisia energiarikkaita yhdisteitä.
Kompleksisuuden kasvaminen niin pitkälle että se tuotti proteiinisynteesikoneiston näytti mahdottomalle. Solukalvojen synnystä oli olemassa vain useita erilaisia teorioita, ja eukaryoottien alkuperä ja sukulaisuus prokaryootteihin oli vielä täysin hämärän peitossa.
Parin viime vuoden aikana monet näistä kysymyksistä ovat ratkenneet. Nyt parikin eri kemistiryhmää (John Sutherlandin ja Ernest Di mauron ryhmät) ovat osoittaneet että nukleotidejä, aminohappoja ja lipidejä syntyy joko vetysyanidista, tai sen veden kanssa reagoineesta muodosta formamidista; edellinen ryhmä on myös näyttänyt että nukleotidit pinoutuvat keskenään ja sitten linkittyvät toisiinsa (Pino et al. 2015. Life 5: 372-384; Saladino et al. 2012. Phys. Life Rev. 9:84-104. Patel et al. 2015. Nat. Chem. 7: 301-307); formamidia syntyy hydrotermisissä vulkaanissa systeemeissä. Myös aktiivista pelkistynyttä fosforia (schreiberiittiä) syntyy kuumissa vulkaanissa olosuhteissa. Siellä syntyy ja liukenee myös boraatteja, jotke stabiloivat RNAta.
Loistavin ja kaunein tulos – tai oikeastaan vain nerokas päätelmä – on julkistettu Mulkidjanian ja kumppaneiden paperissa (2012, PNAS E821-E83, http://www.pnas.org/content/109/14/E821.full)
jossa he päättelevät että kaikkien solujen yhä vieläkin käyttämät kationit K+, Mn2+, Zn2+, sekä fosfaatti osoittavat että varhaisten solujen piti syntyä KUIVISSA (EI MERENALAISSA) VULKAANISISSA YMPÄRISTÖISSÄ. Tämä taas sopii hyvin yhteen edellisten johtopäätösten kanssa. Nämähän osoittavat että myös RNA nukleotidit ja niiden polymeerit syntyivät tällaisilla samanlaisilla kuumilla laavakentillä, missä aineet konsentroituivat joko fumaroleihin, tai haihtuviin lammikoihin ja maakerrosten huokosväleihin.
Ja muistatteko, eukaryoottien ja arkeotien yhteinen vanha esi-isä tai lähisukulainen (lokiarkeota) löytyi viime heinäkuussa (julkaisu Naturessa, ja raportti mun blogissa) sieltä pohjoisen jäämeren pohjalta, Loki-linnasta.
No, eihän tämä nyt vielä ihan kokonaan selvää ole eikä välttämättä ihan helppoakaan – mutta ainakin se alkaa nyt näyttää ihan mahdolliselle….
Mielenkiintoista. Elämä kohtaa syntymisensä – myös teoriapöydillä. 🙂
Jee!! Niin muuttuu maailmankuva!
”Varhaisten solujen piti syntyä KUIVISSA (EI MERENALAISSA) VULKAANISISSA YMPÄRISTÖISSÄ.”
Luin hiljattain Peter Wardin kirjan Tuntematon elämä. Ward toimii biologian ja paleontologian professorina Nasan astrobiologian instituutissa. Kirsi ehkä tunteekin hänet?
Kirjassaan Ward pohtii kaikkia niitä potentiaalisia vaihtoehtoja, miten, missä ja milloin elämä olisi saattanut syntyä maapallolle.
Lukemastani mieleeni jäi erityisesti yksi nykyisin tunnetun elämän muoto, joka poikkeaa täysin Maan ekosysteemien valtavirrasta. Nimittäin Tyynen valtameren pohjasta vasta ”äskettäin” eli viime vuosisadan lopulla löydetyt mikrobien muodostamat uudenlaiset ekosysteemit, jotka eivät tarvitse auringonvaloa, yhteyttämistä, tai mitään muutakaan perinteisen ja vuosisatoja tunnetun elämän elementtiä. Nämä ”kummajaiset” saavat energiansa vulkaanisista lähteistä ja ne ”syövät” rikkiyhdisteitä, eli ne saavat elinvoimansa merenpohjasta purkautuvista kuumista kemiallisista keitoksista! Nämä mikrobit elävät valtavassa paineessa, täydellisessä pimeydessä (siis ei auringon valoa) ja jopa yli 300 C:n kuumuudessa, eli sellaisissa olosuhteissa, joissa perinteisen käsityksen mukaan ei elämää pitäisi edes olla. Olisiko tässä prosessissa avain selitykselle elämän synnystä telluksellamme?
Joo — kyllä se aivan selkeästi on niin että ne kaikista alkuperäisimmät eliöt ovat säilyneet näissä meidän kannaltamme hyvin ekstreemeissä oloissa: kuumassa, hapettomissa, rikinkatkuisissa, ilmeisesti vulkaanisissa ympäristöissä. Tosin, nyt aletaan olla sitä mieltä että se ihan ensimmäinen alku ei tapahtunut meren alla, mutta vulkaanisessa ja puolimärässä yhpäristössä kuitenkin. Ja näitä ”varhaisen kaltaisia” löytyy yhä vaikkapa noista mustien ja vaaleiden ”savuttajien ympäristöistä. Viime kesänä raportoitiin esimerkiksi uusi arkeonilinja, lokiarkeota (Nature 521,173–179 (14 May 2015) doi:10.1038/nature14447) – joka on suoraa sukua arkeonien ja eukaryoottien yhteiselle esi-isälle… ja asustaa syvän meren sedimenteissä, Lokilinna-nimisessä savuttajassa.
”Varhaisten solujen piti syntyä KUIVISSA (EI MERENALAISSA) VULKAANISISSA YMPÄRISTÖISSÄ.”
Onkos tämä kuiva ympäristö Darwinin lämpimän lätäkön kaltainen, vai kuivempi. Ilmeisesti nestettä tarvittiin alkusolun syntymiseen. Oliko se vettä.
Joo – kuva on tarkentumassa, joskaan se ei vieläkään ole ihan varma eikä yksiselitteinen – mutta nyt se näyttää jo ainakin mahdolliselle. Näyttää siltä varhaisimman kemian, siis sen mikä synnytti RNA-nukleotidit, piti tapahtua joko kuivassa, tai jossakin muussa nesteessa kuin vedessä. Tämä tarkoittaa että veden piti haihtua – jättää pelkistyneet hiili-ja typpiyhdisteet jälelle – tähän kelpaisi myös vedetön formamidiliuos. Siis, lammikko kävisi, tai maanpinnan alainen orgaaninen liuos, eli luivempi kuin se Darwinin arvelema lammikko. Vettä tarvittiii toki sitten seuraavissa vaiheissa, ennen kuin oikeita soluja pystyi syntymään.
Onko nukleotidejä löydetty avaruudesta tai meteoriiteistä ?
Elämän rakennuspalikoita on löydetty, mutta en ole selvillä mitä.
Murchinsonin meteoriitsta on löydetty nukleotidi-emäksiä – mutta ei kokonaisia nukleodideja, vielä vähemmän nukleotideja. Avaruudesta löytyy spektroskooppisesti pienia aldehydejä (form- ja glycoaldehydiä) – riboosisokerin lähtöaineita – mutta ei riboosisokeria… löytyy myös runsaasti vetysyanidia, joka voisi toimia nukleosidi-synteesin lähtöaineena. Aminohappoja, monenlaisia, löytyy meteoriiteista – mutta elämän kannalta nuo nukleotidit olisivat niitä kaikista tärkeimpiä – ja niitä ei löydy. On oletettu että niitä on tosi vaikea tuottaa missään olosuhteissa, mutta nyt nuo uusimmat julkaisut osoittavat että kyllähän niitä syntyy, nimenomaan syanideista, tai formamidista, joka on vetysyanidin ja veden yhdistelmä…
Kiitokset vastauksesta. Tämä selventää asian ymmärtämistä.
Olisi hienoa, jos lähiaikoina tulisi tiededokumentti aiheesta.
Ne ”tilastotieteilijät”, jotka ovat pitäneet elämän syntyä itsestää mahdottomana, joutuvat korjailemaan yhtälöitään.
Mielenkintoinen uutinen myös täällä: http://www.tiede.fi/keskustelu/39176/ketju/elaman_syntyminen