Wednesday, 27 May 2009

Μόριο της ζωής προκύπτει από εργαστηριακή λάσπη

Η δημιουργία ζωής στην αρχέγονη σούπα μπορεί να ήταν ευκολότερη από ό,τι νομίζαμε. Δύο βασικά στοιχεία του RNA τελικά φτιάχτηκαν από την αρχή, υπό συνθήκες παρόμοιες με αυτές που πιθανώς επικρατούσαν κατά τη διάρκεια της αυγής της ζωής.
Το ζήτημα του πώς μπορεί ένα μόριο ικανό να αποθηκεύσει γενετικές πληροφορίες - ακόμη και το RNA ο απλούστερος εξάδελφος του DNA - θα μπορούσε ποτέ να προκύψει αυθόρμητα στον αρχέγονο πηλό έχει προβλημάτισε τους επιστήμονες εδώ και δεκαετίες. Το RNA περιέχει μια μακρά αλυσίδα που αποτελείται από τέσσερα διαφορετικά είδη ριβονουκλεοτιδίων (δομικά στοιχεία τόσο του RNA όσο και του DNA), τα οποία συνίστανται από τρεις επιμέρους ενώσεις, μια αζωτούχα βάση, μια πεντόζη - σάκχαρο με πέντε άτομα άνθρακα - και μια φωσφορούχα ένωση.

Οι περισσότεροι άνθρωποι υπέθεταν ότι αυτά τα τρία συστατικά αρχικά σχηματίστηκαν ξεχωριστά, και στη συνέχεια συνδυάστηκαν για να κάνουν τις βάσεις. Το μόνο πρόβλημα ήταν ότι φαινόταν αδύνατο ότι δύο από τις τέσσερις βάσεις με ιδιαίτερα 'δυσκίνητη' χημεία θα αντιδρούσαν ποτέ αυθόρμητα με την πεντόζη.

Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος, ο John Sutherland από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ, προσπάθησε να αναπτύξει μια νέα συνταγή για τα RNA, δίχως να προσπαθήσει να αναγκάσει απομονωμένες βάσεις και μόρια σακχάρων να αντιδράσουν μεταξύ τους. Η ομάδα του πειραματίστηκε με το μαγείρεμα ριβονουκλεοτιδίων από πέντε μικρά μόρια που φαίνεται να ήταν παρόντα στην αρχέγονη σούπα. "Ξεκινήσαμε με τα ίδια δομικά στοιχεία με τους άλλους, αλλά κάνοντας διαφορετική διαδρομή," λέει ο Sutherland.

Και αυτή τη φορά το μαγείρεμα φαίνεται να πήγε καλά. Η συνταγή και οι συνθήκες που δημιούργησαν για να αναμειχθούν τα πέντε συστατικά - συμπεριλαμβανομένων και μιας καλής λάμψης υπεριώδους φωτός - παράγουν ριβονουκλεοτίδια μέσω ενός κοινού πρόδρομου μορίου που περιέχει και τη βάση και την πεντόζη, αντί να φτιάξουμε το καθένα στις τρεις ελεύθερες μορφές.

Η νέα μέθοδος παραμέρισε το πρόβλημα εμφάνισης των δύο ενώσεων που είναι απρόθυμα να αντιδράσουν μαζί, κι αυτό χάρη σε ένα άλλο τέχνασμα, λένε οι ερευνητές. Η αντίδραση δούλεψε μόνο όταν η φωσφορούχα ένωση ήταν παρούσα από την αρχή, αν και δεν αντιδρά με το μείγμα μέχρι τα τελικά στάδια. Αποδεικνύεται λοιπόν ότι η τελευταία ένωση είναι αναγκαία ως καταλύτης και ως χημικό μπάφερ στην αρχή.

"Δεν χρησιμοποιούμε εξωφρενικά και εκκεντρικά σενάρια - όλες οι προϋποθέσεις είναι σύμφωνες με τα όσα γνωρίζουμε για την πρώιμη Γη," διευκρινίζει ο Sutherland. Ο William Scott, από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας στη Σάντα Κρουζ συμφωνεί: "Είναι ένα μεγάλο άλμα προς τα εμπρός που αποδεικνύει τον τρόπο με τον οποίο προβιοτικά μόρια RNA μπορεί να έχουν συναρμολογηθεί αυθόρμητα από απλά και πιθανώς σχετικά άφθονα συστατικά."

Η ανάγκη για την παρουσία υπεριώδους φωτός προτείνει ότι η ζωή δεν έχει αρχίσει σε μια υποθαλάσσια σχισμή, ένα πιθανό σενάριο για πολλούς ερευνητές. Αντίθετα, δείχνει προς μια ζεστή λιμνούλα - μια ιδέα που πρώτος υιοθέτησε ο Δαρβίνος, ο οποίος δεν γνώριζε τίποτα για το RNA.

Τι είναι η ζωή; Αν δεχθούμε ότι το θεμελιώδες χαρακτηριστικό της είναι η ικανότητα της αναπαραγωγής, τότε ένα μεμονωμένο κουνέλι είναι νεκρό και δύο κουνέλια, ένα αρσενικό κι ένα θηλυκό, είναι ζωντανά όταν είναι μαζί, αλλά νεκρά αν τα δει κανείς καθένα χωριστά. Μπορεί, λοιπόν, να ξέρουμε καλά τι είναι ζωή, ο ορισμός της ωστόσο δεν είναι απλός

Σύμφωνα λοιπόν με ορισμένους βιολόγους υπάρχουν επτά θεμέλια πράγματα για τη ζωή:

1. Το πρώτο θεμέλιο της ζωής είναι γι' αυτούς το πρόγραμμα: ένα οργανωμένο γενικό σχέδιο, το οποίο περιγράφει τα συστατικά του ζώντος συστήματος και τις αλληλεπιδράσεις τους που διαιωνίζουν το σύστημα αυτό - στoν πλανήτη μας, το πρόγραμμα αυτό εκτελείται από το DΝΑ.

2. Ως δεύτερο θεμέλιο είναι ο αυτοσχεδιασμός: καθώς ένα ζων σύστημα είναι ένα μικρό τμήμα του σύμπαντος στο οποίο υφίσταται, δεν μπορεί να ελέγχει όλες τις αλλαγές του περιβάλλοντος, στις οποίες είναι εκτεθειμένο, άρα πρέπει να έχει ένα σύστημα για να μπορεί να τροποποιεί το πρόγραμμά του, ώστε να αντιμετωπίζει τις αλλαγές στο περιβάλλον του, χωρίς να επηρεάζεται το γενικό σχέδιό του.

3. Το τρίτο θεμέλιο είναι ο διαχωρισμός: όλοι οι ζώντες οργανισμοί έχουν περιορισμένο όγκο, περιβάλλονται από μια επιφάνεια η οποία αποκαλείται μεμβράνη ή δέρμα και συγκρατεί τα συστατικά στον καθορισμένο όγκο του οργανισμού, ενώ εμποδίζει να διεισδύσουν επιβλαβείς χημικές ουσίες.

4. Το τέταρτο θεμέλιο της ζωής είναι η ενέργεια: ο ζων οργανισμός πρέπει να είναι ένα σύστημα ανοιχτό που να δέχεται ενέργεια από εξωτερικές πηγές όπως ο Ήλιος, αλλά και ένα σύστημα που να μεταβολίζει, ικανό να μετατρέψει την ενέργεια σε «καύσιμο» για τον οργανισμό.

5. Πέμπτο θεμέλιο είναι η αναγέννηση: ένα σύστημα που μεταβολίζει διαρκώς, φθείρεται και πρέπει να έχει ένα σύστημα για να αντισταθμίζει τις απώλειές του. Η φθορά και η επιβράδυνση του συστήματος αναγέννησης με το πέρασμα του χρόνου είναι αυτό που αποκαλούμε γήρανση.

6. Το έκτο θεμέλιο είναι η προσαρμοστικότητα: για παράδειγμα, ένας άνθρωπος που βάζει το χέρι του στη φωτιά πονάει, αλλά πρέπει να το βγάλει αμέσως για να αποφύγει το έγκαυμα. Αυτή η συμπεριφορική αντίδραση στον πόνο είναι ουσιώδης για την επιβίωση - πρόκειται για μια θεμελιώδη αντίδραση των ζώντων συστημάτων που ονομάζεται ανάδραση.

7. Τέλος, το έβδομο και τελευταίο θεμέλιο της ζωής είναι η απομόνωση: τα ένζυμα σε ένα σύστημα που μεταβολίζει, έχει ζωτική σημασία να μην αντιδρούν παρά μόνο με τα μόρια που πρέπει να αντιδράσουν και να μην παρενοχλούνται από συγκρούσεις με διάφορα μόρια που προέρχονται από άλλες αντιδράσεις.
Physics4u

No comments: