Így jöhettek létre az élet építőkövei a Föld ősi óceánjaiban
A NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) intézetének kutatói laboratóriumi körülmények között reprodukálták, hogyan jöhettek létre aminosavak a Föld ősi óceánjainak aljzatán, közel 4 milliárd évvel ezelőtt. A Laura Barge által vezetett kutatócsoport tanulmányát a PNAS tudományos folyóirat publikálta.
Vizsgálataik célja aminosavak előállítása volt az ősi óceánok aljzatára jellemző anyagok és viszonyok jelenlétében. A kísérleteik során sikeresen alanin aminosav molekulák keletkeztek piruvátból, amely egy egyszerű szerves vegyület. A kémiai reakcióban kevésbé megfelelő körülmények között laktát, a tejsav anionos formája jött létre. Az aminosavak az élet alapvető építőkövei, amelyek a genetikai kód által meghatározott sorrendben, polipeptid láncokba rendeződve hozzák létre a fehérjéket és azok lenyűgöző változatosságát.
A kutatók a Föld korai óceánjaiban gyakori anyagokat használtak kísérleteikben. Vízzel vegyítettek kémiai reakciók elősegítésére képes vas-hidroxid ásványokat, illetve olyan egyszerű szerves molekulákat, mint a piruvát vagy az ammónia, majd az elegyet 80 fokos hőmérsékletig hevítették, és lúgos kémhatásúvá tették. Az ősi körülmények szimulálásához kivonták az oxigén nagy részét a keverékből, mivel az jelentős mennyiségben csak 2.45 milliárd évvel ezelőtt kezdett megjelenni az óceánokban. A vas-hidroxid ilyen körülmények között elősegítette az alanin aminosav keletkezését piruvátból, egy a piruváthoz aminocsoportot hozzáadó, reduktív aminálási reakció során. A reakció melléktermékeként vagy kedvezőtlenebb körülmények esetén tejsav keletkezett. Aminosavak a kísérletekben csak akkor jöttek létre, ha a vas-hidroxid ásványok redukált és oxidált vasat is tartalmaztak.
A kísérletek során a legnagyobb mennyiségű alanin aminosav lúgos körülmények között, közepesen magas hőmérsékleten keletkezett, amikor a redukáló, vas-II vegyületek és oxidált vas-III vegyületek egy-egy arányban voltak jelen a vas-hidroxid ásványokban. A kutatók szerint pontosan ezek a körülmények fordulnak elő vastartalmú üledékes lerakódásokban, hidrotermális kürtők közelében.
„Megmutattuk, hogy a korai Földhöz és esetleg más bolygókhoz hasonló geológiai viszonyok között aminosavak és alfa-hidroxi savak keletkeznek egyszerű reakciók során, az ősi tengeri aljzaton jellemző, barátságos környezetben.”
- összegezte eredményeiket Laura Barge, a kutatás vezetője.
Aminosavak üstökösökből?
Aminosavak azonban nem csak a Föld ősi óceánjainak mélyéről származhatnak. A szerkezetét tekintve legegyszerűbb aminosavra, a glicinre már üstökösökön is rábukkantak kutatók. 2009-ben a Stardust-űrszonda által a Wild-2 üstökös kómájából visszahozott mintákban sikeresen azonosították a molekulát. A szén-atomjaik 12C és 13C izotóp arányának vizsgálata alapján pedig nagyon valószínű, hogy nem földi szennyeződés eredményéről van szó.
Három évvel ezelőtt az Európai Űrügynökség, az ESA Rosetta űrszondája még biztosabb bizonyítékot hozott a glicin aminosav üstökösökön való jelenlétére. A szonda ROSINA spektrométere, melynek feladata a 67P-Csurjomov-Geraszimenko üstökösből távozó gázok összetevőinek megállapítása, érzékelte a glicin jelenlétét.
Mindez arra enged következtetni, hogy az élet kialakulásához szükséges egyes szerves molekulákat üstökösök szállíthatták a Földre, míg többségük az ősi óceánok mélyén jöhetett létre.
Hidrotermális kürtők - a földön kívüli élet kutatásának kulcsai?
Laura Barge JPL-es kutatócsoportja a hidrotermális kürtők környéki tengeri üledék mellett magukat a kürtőket is megpróbálta modellezni kísérleteik során.
A hidrotermális kürtők a tengeri aljzat repedéseinél keletkeznek, olyan vulkanikusan aktív területeken, mint a Közép-Atlanti hátság. A hidrotermális rendszerben a tengerfenék alá szivárgó vizet, amely a nagy nyomásnak köszönhetően továbbra is folyékony halmazállapotban van, több száz fokosra hevíti a magma. A kőzetrétegekből előtörő víz ásványianyag-tartalma a hideg tengervízzel érintkezve kirakódik, és a benne található anhidrit és szulfid ásványok természetes kéményeket hoznak létre.
Legismertebb típusuk az úgynevezett „fekete füstölgők”, amelyek az általuk kibocsátott fekete, ásványi anyagokban gazdag vízről és sötét színű kéményeikről kapták nevüket. Az általuk kibocsátott hidrogén-szulfid oxidációjának segítségével a kemoszintetizáló baktériumok és archeák komplex szerves molekulákká alakítják a szén-dioxidot. A baktériumokkal szimbiotikus kapcsolatban élő, az általuk termelt tápanyagokat hasznosító Siboglinidae családba tartozó csőférgek a kürtők köré épülő életközösség egyik legfontosabb tagját képezik. Rajtuk kívül a különleges élőhelyek több száz, a gyűrűsférgek, a csigák, a kagylók, a rákok, a halak és a polipok közé tartozó fajoknak ad otthont, melyek együttesen komplex táplálékláncot hoznak létre.
A kísérletekhez üvegedényekben létrehozott néhány centiméteres, kirakódott ásványokból álló kémény formációk azonban nem vezettek sikerre, mert nem sikerült bennük elérni az alanin aminosav-szintézisét. Ennek oka a szakemberek szerint többek között a mesterséges kémények parányi mérete, a rendelkezésre álló ásványok kis mennyisége és a rövid kísérleti időtartam lehetett.
A kutatások azonban tovább folynak, és a még összetetteb kísérleti megoldások könnyen sikerre vezethetnek. A hidrotermális kürtőket 1977-es felfedezésük óta intenzív tudományos érdeklődés övezi, hiszen azokra a Nap által biztosított energiától független, virágzó, mélytengeri ökoszisztémák épülnek. Kiváló élőhelyül szolgálhatnak olyan Naptól távoli, jégréteggel borított óceánokban, mint amelyek a Jupiter Europa holdján vagy a Szaturnusz Enceladus holdján léteznek.
Utóbbi esetben a Cassini űrszondának köszönhetően szinte egyértelmű bizonyíték is van hidrotermális aktivitásra. A JPL-ben dolgozó kutatócsoport eredményei így a jövő űrszondás küldetéseit is befolyásolhatják majd.
