E frumos Universul, stim cum a luat nastere (sau nu?), dar dincolo de teoria Marii Explozii, cea mai tulburatoare intrebare pentru noi, pamantenii, este cum a aparut viata pe planeta noastra.
Cand vorbim despre aparitia vietii pe Terra, planeta in varsta de 4,5 miliarde de ani, vorbim despre primele microorganisme aparute pe planeta sterila, lovita de meteoriti si scuturata de eruptii vulcanice, acum 3,5 miliarde de ani. De atunci, pana azi, viata este prezenta pe fiecare centimetru al Pamantului, fie ca e vorba de apa, aer sau uscat.
Constatam ca viata nu a fost un dat pentru nici o alta planeta a sistemului nostru solar, cu exceptia tinerei noastre planete.
Cum a aparut viata pe aceste roci sterile, in nisipuri sau oceane?
Au fost emise multe teorii pentru a explica cum a inceput totul. Majoritatea se bazeaza pe presupunerea ca celulele sunt prea complexe pentru a se forma toate dintr-o data, asa ca viata trebuie sa fi inceput doar cu o componenta care a supravietuit si apoi le-a creat cumva pe celelalte din jurul ei. Au fost facute experimente, dar rezultatul n-a condus la ceva asemanator vietii.
E ca si cum, incep sa isi dea seama cercetatorii, un constructor ar vrea sa construiasca o masina: pune sasiul in speranta ca vor aparea spontan rotile si motorul. Alternativa, ca viata a aparut pe deplin formata, pare si mai putin probabila si cu toate acestea, o serie de dovezi converg pentru a sugera ca exact asta s-a intamplat. Este alterna-tiva sustinuta de revista britanica New Scientist, din care am extras si informatiile cele mai interesante.
Se dovedeste ca toate moleculele-cheie ale vietii se pot forma din aceeasi chimie simpla bazata pe carbon. Ba mai mult, se combina cu usurinta pentru a face uimitoare „protocelule” ale vietii.
Problema intelegerii originii vietii este ca nu stim cum arata prima forma de viata. Cele mai vechi fosile acceptate au o vechime de 3,5 miliarde de ani, dar nu ajuta prea mult. Se gasesc in formatiuni de roci stravechi din Australia de Vest cunoscute sub numele de stromatolite si sunt microorganisme unicelulare precum bacteriile moderne.
Cele mai simple bacterii moderne au peste 100 de gene, insa primele organisme trebuie sa fi fost mai simple. Virusurile au mai putine gene, dar se pot reproduce numai infectand celulele si preluandu-le, deci nu puteau fi ele primele.
Cele trei sisteme de baza
In lipsa probelor fizice, cercetatorii care cauta originea vietii incep prin a pune doua intrebari: Care sunt procesele fundamentale care stau la baza vietii? Si ce substante chimice folosesc aceste procese?
Aici, exista raspunsuri. Viata poate fi redusa la trei sisteme de baza. In primul rand, are integritate structurala: asta inseamna ca fiecare celula are o membrana exterioara care o tine laolalta. In al doilea rand, viata are metabolism, un set de reactii chimice prin care obtin energie. In cele din urma, viata se poate reproduce folosind genele, care contin instructiuni pentru construirea celulelor si care apoi sunt transmise descendentilor.
Biochimistii stiu si substantele chimice care stau la baza acestor procese. Membranele celulare sunt formate din lipide, molecule care contin lanturi lungi de atomi de carbon. Metabolismul este condus de proteine – lanturi de aminoacizi, rasucite in forme de covrig – in special enzime, care ajuta la catalizarea reactiilor chimice, grabindu-le. Iar genele sunt codificate in molecule numite acizi nucleici, cum ar fi acidul dezoxiribonucleic, mai cunoscut sub numele de ADN.
Dincolo de aceasta, lucrurile incep sa devina mai complicate. Cele trei procese de baza ale vietii se intrepatrund.
Genele poarta instructiuni pentru fabricarea proteinelor, ceea ce inseamna ca proteine exista doar din cauza genelor. Dar proteinele sunt esentiale si pentru mentinerea si copierea genelor, astfel incat genele exista doar din cauza proteinelor. Iar proteinele – realizate de gene – sunt cruciale pentru construirea lipidelor pentru membrane. Orice ipoteza care explica originea vietii trebuie sa tina cont de acest lucru. Cu toate acestea, daca presupunem ca genele, metabolismul si membranele nu ar fi aparut simultan, asta inseamna ca una dintre ele trebuie sa fi venit prima si sa le „inventeze” pe celelalte.
In anii 1950, biochimistul Sidney Fox era convins ca „proteinoidele” descoperite de el ar sta la originea vietii, dar ideea ca proteinele au inceput viata ele singure este azi respinsa in mare masura.
Mai recent, multe cercetari s-au concentrat pe o idee numita lumea ARN. Ca si ADN, ARN (acid ribonucleic) e purtator de gene. Descoperirea ca unele tipuri de ARN pot cataliza reactiile chimice sugereaza ca primele molecule de ARN ar fi putut fi enzime care s-au auto-replicat si astfel a inceput viata. Cu toate acestea, biochimistii au petrecut zeci de ani pentru a face ARN sa se asambleze sau sa se auto-copieze in laborator si recunosc acum ca e nevoie de mult ajutor pentru a se reusi acest lucru.
Poate ca, atunci, la inceput au fot membranele celulare. David Deamer de la Universitatea din California, Santa Cruz, a sustinut aceasta idee. In anii ’70, echipa sa a descoperit ca lipidele gasite in membranele celulare se pot forma atunci cand doua substante chimice simple, cianamida si glicerol, sunt amestecate cu apa si incalzite la 65ºC. Daca aceste lipide au fost puse ulterior in apa sarata si agitate, ele au format globule sferice cu doua straturi exterioare de lipide, la fel ca celulele. „Cea mai simpla functie este autoasamblarea membranelor. Este spontan”, spune Deamer.
Cu toate acestea, acum accepta ca acest lucru nu este suficient, deoarece lipidele nu contin gene si nu pot forma enzime.
Carentele acestor modele simple de formare a vietii i-au determinat pe Deamer si pe alti cercetatori sa exploreze alternativa aparent mai putin plauzibila, si anume ca toate cele trei sisteme au aparut impreuna, simultan, intr-o forma extrem de simplificata.
Ideea nu este noua. In 1971, biochimistul maghiar Tibor Gánti a scris o carte in care si-a imaginat cel mai simplu obiect pe care biologii il pot considera viata. „Chemotonul” sau consta intr-un metabolism brut, bazat pe enzime, care producea gene si o membrana. Cand genele s-au copiat, au eliberat produse secundare care au sfarsit in membrana, determinand cresterea chemotonului si in cele din urma diviziunea.
Cu toate acestea, ideile lui Gánti nu au reusit sa se impuna decat pe la inceputul anilor 2000, in momentul in care alti cercetatori, in mod independent, au ajuns la concluzii similare.
Acum, teoria „totul s-a format impreuna de la inceput” a luat avant.
(Continuare in numarul viitor)
GEORGE CUSNARENCU
Comentarii