Live τώρα    
23°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Ελαφρές νεφώσεις
23 °C
22.0°C25.2°C
3 BF 51%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Αίθριος καιρός
23 °C
20.8°C25.4°C
2 BF 41%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
20 °C
19.9°C21.6°C
4 BF 55%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Σποραδικές νεφώσεις
21 °C
20.4°C20.8°C
2 BF 68%
ΛΑΡΙΣΑ
Αίθριος καιρός
24 °C
23.9°C24.0°C
0 BF 33%
Προέλευση της ζωής στη Γη
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Προέλευση της ζωής στη Γη

Η παράξενη χημεία των πρώτων οργανισμών

Άλυτο μυστήριο αποτελεί η μετάβαση από τις απλές χημικές ουσίες που υπήρχαν στην πρωτόγονη Γη στις πιο πολύπλοκες που συναντάμε σήμερα στους οργανισμούς, από τα μικροσκοπικά βακτήρια μέχρι τα γιγάντια θηλαστικά. Οι διαδικασίες και τα χημικά μόρια που οδήγησαν στον θαυμαστό κόσμο της ζωής αποτελούν το ιερό δισκοπότηρο για τους εξελικτικούς βιολόγους και αντικείμενο σπουδαίων ανακαλύψεων.

Όλοι οι οργανισμοί στη Γη συλλέγουν από το περιβάλλον τους ενέργεια και τροφή και κατορθώνουν μέσα από ένα πολύπλοκο σύστημα διαδικασιών να μεγαλώνουν, να αναπαράγονται και να επιτελούν όλα αυτά που σήμερα αποδίδουμε με τη λέξη ζωή. Τις χημικές αντιδράσεις που αποτελούν τον μεταβολισμό, αλλά και τον τρόπο που εξελίχθηκε αυτός από τις απλούστερες μορφές στις πιο σύνθετες, μελετούν οι βιολόγοι εδώ και δεκαετίες, στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν τη ζωή και το πως αυτή προέκυψε στη Γη.

Από τα απλά μόρια στα σύνθετα συστατικά των κυττάρων

Η ιδέα ότι οι πιο σύνθετες οργανικές χημικές ουσίες προέκυψαν από την ένωση απλούστερων που συνυπήρχαν σε μια «προβιοτική σούπα», στην πρωτόγονη Γη είναι η επικρατέστερη. Ήδη από το 1953 οι επιστήμονες Στάνλεϊ Μίλερ και Χάρολντ Γιούρεϊ έδειξαν ότι αυτό μπορεί να συμβεί, με μια εργαστηριακή προσομοίωση των συνθηκών της πρωτόγονης Γης. Παρόλα αυτά, τα μόρια που προέκυψαν από το διάσημο πείραμά τους απείχαν αρκετά από τα πολύπλοκα μόρια των οργανισμών και τις πολυάριθμες και σύνθετες διαδικασίες στις οποίες αυτά παίρνουν μέρος. Το εσωτερικό του κυττάρου σε όλους τους οργανισμούς, από τα μονοκύτταρα βακτήρια μέχρι τα τεράστια θηλαστικά με τη σύνθετη πολυκύτταρη δομή τους, είναι κατάλληλα οργανωμένο και εξοπλισμένο έτσι ώστε να επιτελούνται μέσα σε αυτό πολύπλοκες χημικές αντιδράσεις.

Τα δομικά υλικά των οργανισμών ταξινομούνται σε τέσσερις κατηγορίες: στα λιπίδια, τα σάκχαρα, τα νουκλεοτίδια και τις πρωτεΐνες. Οι χημικές ενώσεις που ανήκουν σε αυτές τις κατηγορίες ενώνονται με χημικές αντιδράσεις και έτσι προκύπτουν πιο σύνθετα μόρια. Όλα αυτά τα πολύπλοκα μόρια που συνδέονται και αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μοιάζουν με ένα δίκτυο από μηχανές που συντονίζονται και δουλεύουν αδιάκοπα με έναν ακριβή, αυστηρά προγραμματισμένο και ταυτόχρονα μεταβαλλόμενο τρόπο για να επιτελέσουν τις λειτουργίες της ζωής. Τα στάδια της εξέλιξης, από τα πρώτα απλά μόρια που σχημάτισαν τα πρωτόγονα κύτταρα πριν από δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι τα πιο πολύπλοκα μόρια που συναντάμε στα κύτταρα των σημερινών οργανισμών καθώς και οι διαδικασίες στις οποίες αυτά συμμετέχουν, παραμένουν σε μεγάλο βαθμό άγνωστα.

Μια απρόβλεπτη ανακάλυψη πυροδοτεί εξελίξεις

Ένα σημαντικό κομμάτι από το παζλ της πορείας προς την εμφάνιση των πρώτων οργανισμών προστέθηκε πριν από λίγα χρόνια με αναπάντεχο τρόπο. Ο καθηγητής βιοχημείας στο Ινστιτούτο Φράνσις Κρικ στο Ηνωμένο Βασίλειο Ράλσερ Μάρκους και η ομάδα του μελετούσε τις αντιδράσεις της γλυκόλυσης, της διαδικασίας, δηλαδή, κατά την οποία τα κύτταρα διασπούν τα σάκχαρα που αποκτούν από την τροφή για να αποκτήσουν ενέργεια χρήσιμη για τις διάφορες λειτουργίες τους. Αντικείμενο της ερευνητικής ομάδας ήταν η εξιχνίαση του τρόπου με τον οποίο τα κύτταρα τρέφονται και τι πηγαίνει στραβά στην περίπτωση των ασθενειών. Μέχρι τότε ήταν ευρέως αποδεκτό ότι για να πραγματοποιηθεί η γλυκόλυση απαιτούνταν αρκετά ένζυμα, πρωτεϊνες δηλαδή, με πολύπλοκη τρισδιάστατη δομή που λειτουργούν ως καταλύτες, επιταχύνοντας τις χημικές αντιδράσεις. Ο Ράλσερ και η ερευνητική του ομάδα, προς μεγάλη τους έκπληξη, διαπίστωσαν τυχαία κατά τη διάρκεια των πειραμάτων τους ότι τελικά κάποιες σημαντικές αντιδράσεις αυτής της διαδικασίας συμβαίνουν αυθόρμητα, από μόνες τους, χωρίς τη βοήθεια ενζύμων. Εκτός από τη γλυκόλυση, η έρευνα επεκτάθηκε και σε άλλες θεμελιώδεις αντιδράσεις του μεταβολισμού που θεωρείται ότι πραγματοποιούνταν στα πρώτα κύτταρα που εμφανίστηκαν στη Γη.

Τα αποτελέσματα της έρευνας στο συγκεκριμένο πεδίο προκάλεσαν ενθουσιώδεις αντιδράσεις και ακόμα περισσότερα ερωτήματα σχετικά με την εξέλιξη της ζωής στη Γη. Αρκετοί ισχυρίστηκαν ότι αυτές οι αυθόρμητες χημικές αντιδράσεις θα μπορούσαν να έχουν συμβεί σε υδάτινα οικοσυστήματα, όπως λίμνες και ωκεανοί, με πολλές χημικές ουσίες και αρκετή ενέργεια, στις συνθήκες, δηλαδή, που επικρατούσαν στη Γη όταν έκαναν την εμφάνισή τους οι πρώτοι οργανισμοί, πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Στη συνέχεια ακολούθησαν ποικίλες ερευνητικές προσπάθειες κατά τις οποίες οι χημικές αντιδράσεις που γνωρίζουμε ότι αποτελούσαν μέρος του μεταβολισμού των πρώτων κυττάρων πραγματοποιήθηκαν στο εργαστήριο, σε συνθήκες προσομοίωσης της πρωτόγονης Γης.

Όλα αυτά τα ερευνητικά ερωτήματα και τα αντίστοιχα αποτελέσματα που προέκυψαν συντέλεσαν, τελικά, στην αναθεώρηση του τρόπου με τον οποίο αντιλαμβανόμαστε τα εξελικτικά διαδοχικά βήματα που οδήγησαν στον πρώτο οργανισμό. Μέχρι στιγμής είναι αποδεκτό ότι μόρια που μπορούσαν να αντιγράφουν τον εαυτό τους (RNA μόρια) εγκλωβίστηκαν μέσα σε φούσκες από λιπαρά οξέα και κάπως έτσι προέκυψε ο πρώτος οργανισμός. Πλέον θεωρείται ότι πρέπει να υπήρχε και μια «μηχανή», ένας πρωτόγονος μεταβολισμός στους πρώτους οργανισμούς και η έρευνα έχει στραφεί προς τον προσδιορισμό του. Παρόλα αυτά το μυστήριο για την προέλευση της ζωής στη Γη δεν έχει ακόμα λυθεί και ο δρόμος που έχουμε ακόμα να διανύσουμε φαίνεται μακρύς και δύσκολος. Αυτό οφείλεται κυρίως στην πολυπλοκότητα των μορίων που συγκροτούν ακόμα και τις πιο απλές μορφές ζωής, όπως τα βακτήρια, καθώς επίσης και των χημικών αντιδράσεων στις οποίες αυτά παίρνουν μέρος.

Πηγές:

1. https://www.nationalgeographic.com/

2. Ralser M. An appeal to magic? The discovery of a non-enzymatic metabolism and its role in the origins of life. Biochem J. 2018 Aug 30;475(16):2577-2592.

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL