Το μυστήριο της πρωταρχικής «σούπας» της ζωής

0
308

Η προέλευση της ζωής στον πλανήτη απασχολεί τους επιστήμονες εδώ και αιώνες. Μετά από δεκαετίες ερευνών, παραμένει ακόμα αβέβαιο πώς ξεπήδησαν για πρώτη φορά τα θεμελιώδη συστατικά της ζωής.

Επιπλέον, δεν έχει ακόμα δοθεί σίγουρη απάντηση στο πώς τα μόρια αυτά, αφού εμφανίσθηκαν, στη συνέχεια αυτο-συναρμολογήθηκαν σε πολύπλοκες βιοχημικές ενότητες-οντότητες, τα κύτταρα, και πώς τα τελευταία σταδιακά μπόρεσαν να αναπτυχθούν, να αντιγράψουν τους εαυτούς τους ώστε να αναπαραχθούν και να αποκτήσουν την ικανότητα συνεχούς εξέλιξης.

Το “ιερό δισκοπότηρο” της βιολογίας και της χημείας είναι ασφαλώς η αναπαράσταση στο εργαστήριο των φυσικοχημικών συνθηκών της πρωταρχικής “σούπας” από όπου ξεπήδησε η ζωή. Οι επιστημονικές προσπάθειές δεν έχουν στεφθεί ακόμα με επιτυχία. Αν είχαν, τότε θα είχαν δημιουργήσει ζωή από το μηδέν.

Με βάση την κυρίαρχη επιστημονική άποψη, πριν περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια η Γη πρέπει να ήταν ένας έρημος, βραχώδης πλανήτης, περίπου όπως είναι ο Αρης σήμερα, με τη σημαντική διαφορά ότι στον πλανήτη μας θα υπήρχαν μικρές λίμνες νερού. Αν και φαινομενικά στο γυμνό μάτι δεν θα υπήρχαν ίχνη ζωής στη Γη, μια πιο προσεκτική ματιά με το μικροσκόπιο στις λιμνούλες, θα αποκάλυπτε μικροσκοπικά σφαιρίδια, με μήκος μερικά χιλιοστά του χιλιοστού το καθένα, που κάθε λίγο και λιγάκι θα διαχωρίζονταν στα δύο, θα μεγάλωναν λίγο ακόμα, μετά θα διαχωρίζονταν κ.ο.κ. Αυτά τα πρωτοκύτταρα, όπως τα λένε οι επιστήμονες, θα ήσαν τα πρώτα σκιρτήματα της ζωής στη Γη. Με άλλα λόγια, ορισμένα μόρια έπλεαν σε μια “σούπα” συστατικών και “κάποια στιγμή, κάπως” ξεπήδησε η ζωή. Αν όντως έγινε έτσι, λένε οι επιστήμονες, θα είναι δυνατό να συνθέσουμε ξανά τη ζωή στο εργαστήριο.

Επιστήμονες, όπως ο Ντάνιελ Φράνκελ, ερευνητής του πανεπιστημίου του Νιούκαστλ στη Βρετανία, επιχειρούν ακριβώς αυτό. “Θέλουμε να δημιουργήσουμε ζωή στο δοκιμαστικό σωλήνα, από το μηδέν”, λέει. Eνα βασικό βήμα γι’ αυτό θα ήταν η τεχνητή δημιουργία ενός πρωτο-κυττάρου, του πρωτόγονου προγόνου του σημερινού κυττάρου.

Εν αρχή ην το πρωτοκύτταρο

Στην απλούστερη μορφή του, ήταν μια μεμβράνη, η οποία περιείχε ένα είδος γενετικού κώδικα, που μπορεί να μεταβιβασθεί στις επόμενες γενιές. Το μοντέρνο κύτταρο είναι μια πολύ πιο πολύπλοκη οντότητα, που περιέχει χιλιάδες διαφορετικά είδη μορίων με μια τεράστια ποικιλία λειτουργιών, τις οποίες εκτελούν πολύπλοκα μόρια, οι πρωτεϊνες και τα ένζυμα.

Το αρχικό κύτταρο δεν θα είχε ακόμα αναπτύξει καμία από τις σημερινές πρωτεϊνες, όμως αποτελεί μυστήριο το πώς απέκτησε την πρώτη δομή του, η απλοϊκότητα της οποίας δεν αναιρεί καθόλου το μεγαλείο της.

Οπως αναφέρει ο Jack Szostak, καθηγητής του Ιατρικού Ινστιτούτου Ηoward Hughes στο Μέριλαντ των ΗΠΑ, “ένα μεγάλο μέρος της πρόσφατης επιστημονικής εργασίας είναι να ανακαλύψουμε ποια είναι εκείνα τα απλούστερα συστατικά που μπορούν να αυτο-συναρμολογηθούν σε μεμβράνες”. Οι μεμβράνες των σημερινών κυττάρων είναι εξελιγμένες και σχεδόν αδιαπέραστες δομές, που δεν αφήνουν άλλα μόρια να τις διαπεράσουν.

Τα πρωτο-κύτταρα αποκλείεται να είχαν τέτοιες δομές. Μια πιθανότητα είναι οι πρωταρχικές μεμβράνες, που προστάτευσαν την ανάπτυξη και αυτο-οργάνωση της ζωής, να δημουργήθηκαν από λιπαρά οξέα που ήσαν παρόντα στη Γη.

Οπως έχει αποδειχθεί πλέον εργαστηριακά, τα λιπαρά οξέα μπορούν μόνα τους, υπό ορισμένες συνθήκες, να συγκολληθούν και να δημιουργήσουν κυψελίδες, μικρές σφαίρες σαν φυσαλίδες, οι οποίες, απορροφώντας υλικά από το περιβάλλον, σταδιακά μεγαλώνουν. Μέχρι εδώ καλά, αφού η ύλη μόνη της μπορεί να κάνει αυτά τα βήματα χωρίς άλλη βοήθεια. Μετά όμως; “Εργαζόμαστε για να βρούμε τρόπους που θα επιτρέψουν σε αυτά τα σφαιρίδια να διαιρεθούν με φυσικό τρόπο και έχουμε την πίστη ότι αυτό το πρόβλημα θα λυθεί”, δήλωσε με αυτοπεποίθηση ο Szostak.

Ο καθοριστικός ρόλος του RNA

Aκόμα όμως κι αν λυθεί αυτό το ζήτημα, τα επόμενα προς επίλυση θέματα δεν είναι καθόλου εύκολα. Πρέπει να ανακαλυφθεί πώς αναπτύχθηκε κάποιου είδους γενετικό υλικό (πρόδρομος του DNA) μέσα σε αυτές τις σφαίρες-μεμβράνες και, επιπλέον, πώς αυτό το υλικό πέρασε στο επόμενο πρωτο-κύτταρο.

Ο Szostak ανήκει στους επιστήμονες που υποστηρίζουν την ιδέα ότι αυτό το υλικό στα αρχαία πρωτο-κύτταρα ήταν το RNA, ένα μόριο-αλυσίδα, το οποίο μπορεί να δράσει ως βιολογικός κώδικας, που στη συνέχεια “διαβάζεται” από άλλα μόρια, όπως τα αμινοξέα. Τα τελευταία αποτελούν τους δομικούς λίθους των πρωτεϊνών, που με τη σειρά τους είναι οι “οδηγοί” των λειτουργιών της ζωής. Επειδή το RNA μπορεί να δράσει σαν αυτόνομη βιολογική “μηχανή”, βοηθώντας στη δική του αναπαραγωγή, πέρα από την αναπαραγωγή των άλλων μορίων, θεωρείται ότι είχε ρόλο-κλειδί στη γέννηση της ζωής.

Σε μια καινοτομική εργασία, που δημοσιεύθηκε φέτος στο περιοδικό Nature, o Szostak ανέλυσε πώς οι νουκλεοβάσεις, από τις οποίες αποτελείται το RNA, μπορούν να διαπεράσουν μια μεμβράνη λιπαρών οξέων και να διαχυθούν στο εσωτερικό του σφαιριδίου. Στη συνέχεια -με την παρουσία ενός κατάλληλου καταλύτη- μπορούν να συνδυασθούν (πολυμερισμός) και να δημιουργήσουν κάτι που μοιάζει με γονίδιο.

“Από την στιγμή που υπάρχει ένα γενετικό πολυμερές, το οποίο μπορεί να αναπαράγει τον εαυτό του, υπάρχουν όλα τα στοιχεία για τη Δαρβινική εξέλιξη”, δήλωσε ο Szostak. Ενα μικρό τμήμα του RNA θα μπορούσε να δράσει σαν καταλύτης για να ενώσει μεταξύ τους μερικά αμινοξέα και έτσι να δημιουργηθεί μια μικρή πρωτεϊνη. Αυτή η απλή πρωτεϊνη στη συνέχεια προσκολλάται στη μεμβράνη των λιπαρών οξέων και επιτρέπει σε άλλα χημικά στοιχεία (π.χ. άλατα) να εισέλθουν ευκολότερα στο πρωτοκύτταρο, πράγμα που με τη σειρά του κάνει το εσωτερικό περιβάλλον του κυττάρου πιο ευνοϊκό στο RNA για την αναπαραγωγή του. Τελικά, μετά από αυτή τη διαδοχή (υποθετικών) γεγονότων, το πρωτοκύτταρο αποκτά περισσότερες ικανότητες για να μεγαλώσει και να αναπτυχθεί.

Πόσο πιθανή είναι τελικά αυτή η χημεία που μετατρέπεται σε βιοχημεία και στο θαύμα της ζωής; Ο Ντάνιελ Φράνκελ, στη Βρετανία, υποστηρίζει ότι οι επιφάνειες των ορυκτών στην πρωταρχική επιφάνεια της Γης έπαιξαν το δικό τους καθοριστικό ρόλο. Ο ίδιος έχει αποδείξει ότι μερικά μικρά βιολογικά κρίσιμα μόρια, όπως τα αμινοξέα και οι νουκλεοβάσεις, όταν “κάθονται” πάνω σε μια κρυσταλλική επιφάνεια, υιοθετούν τη γεωμετρία των κρυστάλλων. Με τον τρόπο αυτό, “αυθόρμητα” τα μόρια αυτά “αυτο-οργανώνονται” και σχηματίζουν αλυσίδες, που είναι ακριβώς ό,τι χρειάζεται για τη γέννηση της ζωής.

Ο Szostak αισιοδοξεί ότι σε μια δεκαετία όλα τα τεχνικά θέματα θα έχουν επιλυθεί και θα είμαστε σε θέση να παρακολουθήσουμε ένα πρωτοκύτταρο να μεγαλώνει, να διαιρείται και να εξελίσσεται στο εργαστήριο.

Πηγή: The Independent, ΑΠΕ-ΜΠΕ

Σχολιάστε:

Πληκτρολογήστε το σχόλιό σας
Please enter your name here