TLDR: Nová teorie naznačuje, že první kroky k životu na Zemi se nemusely odehrávat ve volné vodě, ale v polotuhém, lepkavém gelu přichyceném na povrchu hornin. Studie tuna.

Vznik života je díky moderní vědě zase o fous blíže rozluštění! Mezinárodní tým vědátorů rozpracoval hypotézu, podle níž mohly tzv. prebiotické gely sehrát klíčovou roli ještě před vznikem prvních buněk. Autoři navazují na dlouhodobý problém chemické evoluce: jak udržet molekuly pohromadě dostatečně dlouho na to, aby vytvořily složitější struktury…

„Vo co go?“

Většina teorií o původu života předpokládá, že základní chemické reakce probíhaly ve vodním prostředí – v „prapolévce“, hlubokomořských průduších nebo mělkých lagunách. To ale přináší zásadní problém: jednoduché molekuly se ve vodě snadno rozptylují a obtížně se spojují do složitějších struktur, jako je RNA nebo DNA. Navíc voda podporuje hydrolýzu, tedy rozpad vznikajících polymerů zpět na menší jednotky. Gelové prostředí by tento problém mohlo řešit.

Prebiotické gely si lze představit jako síť molekul nasáklou vodou, která ale není tekutá jako oceán. Mohly vznikat například z jílových minerálů, křemičitých struktur nebo organických polymerů vznikajících při cyklech vysychání a zvlhčování. Takové prostředí omezuje difuzi, tedy chaotický rozptyl molekul, a zároveň je drží dostatečně blízko u sebe.

„V čem to řeší gel?“

Gely dokážou molekuly koncentrovat, zadržovat a organizovat, čímž podporují vznik stabilnějších chemických systémů. Navíc poskytují částečnou ochranu před extrémními podmínkami rané Země – silným UV zářením i výkyvy teplot. V době, kdy ještě neexistovala ozonová vrstva ani buněčné membrány, mohl gel fungovat jako ochranný i organizační „inkubátor“ chemické evoluce.

V tomhle scénáři nevznikly první buňky hned, ale až jako výsledek postupné chemické organizace uvnitř gelové matrice. Uvnitř této polotuhé struktury mohly vznikat první jednoduché metabolické reakce založené na přenosu elektronů, redoxních procesech nebo na cyklech záření a zahřívání. Energie z ultrafialového i infračerveného záření mohla pohánět chemické přeměny bez nutnosti složitých enzymů.

„Mají ještě nějaké výhody?“

Gely navíc upřednostňují reakce, při nichž se malé molekuly (monomery) spojují do větších polymerů – místo aby se ve vodě rozpadaly. To mohlo usnadnit vznik biologicky důležitých makromolekul, například krátkých řetězců RNA nebo peptidů. Některé laboratorní experimenty už dříve ukázaly, že cykly vysychání a zvlhčování na minerálních površích skutečně podporují polymerizaci nukleotidů. Gelová fáze tak může představovat chybějící mezistupeň mezi chaotickou chemií a prvními ohraničenými buňkami.

Teprve později se mohly objevit lipidové membrány, které tuto chemickou organizaci uzavřely do samostatných struktur – prvních protobuněk. Voda pak přestala být problémem a stala se prostředím života, jak ho známe dnes.

„Cool, ale na co nám to je?“

Nová hypotéza má dopad i na hledání života mimo Zemi. Namísto pátrání po konkrétních molekulách by astrobiologové mohli hledat struktury podobné gelům – tedy prostředí, kde je možná dlouhodobá koncentrace a organizace chemie. Takové podmínky by mohly existovat na Marsu v minulosti, v podpovrchových oceánech ledových měsíců nebo na exoplanetách s cykly vysychání a zvlhčování.

Život tak mohl začít méně jako oceánská polévka – a víc jako to, co se z polívky stane, když ji zapomenete týden v kredenci…

[Ladislav Loukota]

Vědátor vznikl jako spinoff spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd, dnes jej provozuje spolek Hyperion Media. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – kontaktní mail je [email protected]