12:35, 02.06.2021. | Život u vodi


NIŠ

Poreklo života

Autor: Milica ibrić , izvor: PMF Žurnal

Odavno je počelo da se postavlja pitanje kada i na koji način je nastao život na Zemlji. Da bi nastao živi organizam, bilo je potrebno udruživanje neživih molekula koje se dogodilo u vodenoj sredini. Živi svet je nastao prvo u vodi, razvijao se, i tek kasnije prešao na kopno kada su se ostvarili povoljni uslovi, kao što su i za početak razvoja života u vodi bili neophodni određeni uslovi.

Za bolje razumevanje nastanka živog organizma, trebalo bi da znamo njegove karakteristike i šta je sve neophodno da poseduje jedan najjednostavniji oblik života. Živi sistemi su kompleksni i visoko organizovani, i svaki njihov deo ima neku svoju specifičnu funkciju jer ne postoje nefunkcionalni delovi . Ono što je bitna karakteristika nekog organizma jeste da ima sposobnost da koristi energiju iz spoljašnje sredine i da je transformiše. Tako dolazi do održavanja unutrašnje strukture organizma kada se koriste gradivni elementi iz spoljašnje sredine. Razlika između žive i nežive materije jeste raspadanje nežive materije ukoliko apsorbuje energiju u vidu toplote ili svetlosti. Sposobnost precizne samostalne replikacije je možda i najbitnija osobina koju mora da poseduje živi sistem. Neživi sistemi nemaju ovu sposobnost samoreplikacije, što je još jedna razlika između živih i neživih sistema. Kaže se da je osnova života na Zemlji upravo sposobnost samostalne reprodukcije. Definicija živog sistema glasi ovako : Živi sistem predstavlja samoorganizovan, samoregulirajući, samoreplicirajući izotermalni otvoren sistem organskih molekula, koji funkcioniše po principu maksimalne ekonomičnosti delova i procesa. Taj sistem je u stanju da otpočne seriju povezanih reakcija za transformaciju energije i za sintezu sopstvenih komponenti, koristeći pri tome biokatalizatore koje sam proizvodi.

Optimalni uslovi za nastanak prvih organizama, u ranoj Zemljinoj istoriji, bili su mogući samo u vodi. Zbog toga što je dobar rastvarač, voda je u sebi mogla da sadrži razne molekule koji su plutali i kasnije je dolazilo do njihovog međusobnog interagovanja i stvaranja složenijih struktura. Naučnike je dosta interesovalo kakvi su bili ti uslovi i šta je dovelo do toga da nastane prvi organizam, pa tako postoji i nekoliko pretpostavki o tome gde i kada se to dogodilo.
Darvin je još 1871. godine postavio pretpostavku kako je život nastao u takozvanoj toploj „organskoj supi“ uz prisustvo sunčeve energije. Ruski naučnik Aleksandar Oparin i engleski J.B.S.Haldane su 1920. godine došli do zaključka da su uslovi u primitivnoj atmosferi Zemlje uz učešće UV zračenja i električnog pražnjenja mogli uticati na sintezu prostih organskih molekula, koji sadrže ugljenik, kao što su današnje amino kiseline, azotne baze nukleinskih kiselina i saharidi. Ta jedinjenja su postojala u visokim koncentracijama u primitivnom okeanu čineći „organsku supu”. Bilo je potrebno neko vreme da se to dokaže, što je uradio drugi naučnik, Stenli Miler. On je prvi izveo eksperiment koji dokazuje nastanak kompleksnijih molekula, oponašajući uslove života u ranoj istoriji Zemlje. Ono što je bilo potrebno za izvođenje takvog eksperimenta jeste deo u kome se nalazila voda koja je imitirala okean. Kako se ta voda zagrevala na 80 °C odlazila je u deo koji je predstavljao atmosferu gde se ta voda kondenzovala i vraćala nazad u deo koji je predstavljao primitivni okean. Miler je mislio kako je tada prvobitna atmosfera sadržala razne gasove kao što su metan, amonijak, vodonik i vodena para, i ubacio je nešto što je proizvodilo električno pražnjenje. Mala količina energije od strane električnog pražnjenja je uzrokovala raskidanje veza kod gasa i molekula vode, što je omogućilo pojavu novih hemijskih reakcija. Ovaj eksperiment je trajao par dana i mogle su da se uoče promene, kao što su promena boje vode, a u njoj su se mogle naći amino kiseline koje su nastale interagovanjem molekula koji su plutali u vodi. Hemijska evolucija ili drugačije nazvana- prebiotička sinteza jeste proces stvaranja organskih molekula od neorganskih. Ona je trajala oko 1,5 milijardi godina što je čak 1/3 od ukupne istorije Zemlje. Kasnije su rađeni još neki eksperimenti gde je bilo moguće stvoriti amino kiseline bez prisustva amonijaka i metana, uz dejstvo radioaktivnog zračenja i uz prisustvo ugljen-dioksida, ugljen-monoksida, azota i vodonika. Amino kiseline su gradivni blokovi živih organizama i one su bile te čije je postojanje omogućilo dalje stvaranje života na Zemlji. Ovim eksperimentom je potvrđena Darvinova pretpostavka o nastanku života za koji se mislilo da se verovatno razvio u nekom plićaku.

Daljim istraživanjem naučnici su ukazali na drugi način nastanka prvih organizama. Otkriveno je da se na dnu okeana, gde vlada tama, nalaze vreli, mineralima bogati hidrotermalni ventili koji liče na podvodne vulkane, a temperature dostižu i do 600 °C. Na dnu okeana, gde nema sunčeve energije reklo bi se da nema ni života, ali zahvaljući hemijskoj energiji podvodnih vulkana, život je ipak moguć. Ekstremni uslovi života ne odgovaraju većini živih organizama, ali postoje mikroorganizmi kojima takvi uslovi odgovaraju i koji su tu mogli neometano da se razvijaju. U laboratorijama naučnici su pokušavali da oponašaju takve uslove kako bi videli da li je moguće da na dnu okeana nastane život. Uz veliki pritisak i nedostatak sunčeve svetlosti nije dolazilo do interakcije molekula, ali uz dodatak minerala koji su bili poreklom od stena, došlo je do promene i eksperiment je potvrdio da je moguće da i u takvim uslovima nastanu amino kiseline. Naučnici sada postavljaju pitanje da li je život nastao u plitkim ili dubokim vodama.
Stene bogate mineralima su igrale važnu ulogu u nastanku života, a do tog saznanja naučnici su došli otkrivajući njihov sve veći značaj i prisutnost kada su radili eksperimente. Minerali kao što je glina pokazuju zanimljivi aspekt hemijskih reakcija, zato što je površina gde se odigravaju reakcije podjednako važna kao i njen sastav. Zbog toga i minerali imaju veliku ulogu u poreklu života jer su omogućili sastojke i odgovarajuće površine gde su se odvijale važne hemijske reakcije.

Pronalazak stromatolita se takođe povezuje sa nastankom života, ali se smatra da su se oni ipak pojavili nakon nastanka prvog organizma. Stromatoliti su nalik koralima, sa čvrstom mineralnom strukturom koja se gradila sloj po sloj. U tim slojevima su se nalazili i jednoćelijski mikroorganizmi. Oni su kasnije koristili sunčevu energiju i oslobadjali kiseonik što je bila prekretnica u evoluciji jer je ogromna količina kiseonika dovela do pojave mnogo krupnijih organizama. Najstariji pronadjeni fosil je stromatolit starosti 3.5 milijardi godina u Australiji. Mikroorganizme nije bilo moguće pronaći u fosilnom obliku zbog njihove strukture. Naučnici su pokušali da nadju hemijski otisak života odnosno mikroorganizama u stenama i tako saznali da je nastao prvi živi sistem nastao otprilike pre oko 3,5 milijardi godina u Australiji. Neki naučnici čak veruju da su pronašli dokaz o postojanju života u stenama na Grenlandu pre 3.8 milijardi godina. Najverovatnije su prvi živi sistemi bile jednoćelijske bakterije, a prvi polinukleotidi RNK molekula koje je kasnije zamenio DNK molekul.

Interesantna je činjenica da su 20 aminokiselina koje grade proteine i 5 nukleotida koji grade nukleisnke kiseline identične u svim organizmima pa ovo ukazuje na to da svi živi sistemi imaju zajedničkog pretka. Ono što čini različitim sve žive organizme je posedovanje specifičnog seta nukleinskih kiselina i proteina. Neka biohemijska istraživanja pokazuju i kvalitativnu razliku u sastavu živih sistema u odnosu na sredinu u kojoj organizmi žive.

Nije bilo jednostavno formiranje prvog oblika života na Zemlji, naročito zbog nepovoljnih uslova koji su u početku vladali. Voda je bila pogodna sredina za odigravanje hemijskih reakcija uz učešće još nekih faktora. Svi ti procesi koji su se odvijali do nastanka organizma trajali su veoma dugo na vremenskoj skali u istoriji planete Zemlje, ali su imali izuzetno veliki značaj za dalji razvoj života i onoga što danas postoji.