„Sfântul Graal al ştiinţei”: teoria care răspunde tuturor întrebărilor noastre despre originea vieţii

Cândva, ideea că „germenii vieţii” ar fi venit din spaţiul extraterestru era una revoluţionară; azi, această ipoteză  – a panspermiei, cum este numită – nu mai pare atât de tulburătoare, deoarece numeroase cercetări au arătat că substanţe organice care pot sta la originea materiei vii călătoresc prin spaţiul cosmic „la bordul” cometelor şi al meteoriţilor şi ar fi putut ajunge pe Terra prin intermediul unor astfel de obiecte spaţiale.

(Foto: Shutterstock.com)

• Iată cum o simplă cană cu ceai poate deveni un detector de particule!
• Pentru prima dată în istorie, astronomii au fotografiat îndeaproape o stea din afara galaxiei Calea Lactee

În urmă cu peste 4 miliarde de ani, când planeta noastră era încă foarte tânără, suprafaţa ei era supusă unui bombardament intens de asemenea proiectile cereşti, ce lăsau în urmă cratere largi, conţinând apă şi compuşi chimici de bază, esenţiale pentru formarea materiei vii. Iar aceleaşi cratere încinse şi clocotinde ar fi fost, crede Sankar Chatterjee, un soi de creuzete naturale, perfecte pentru a găzdui procesele chimice complexe care au dus la formarea materiei organice şi apoi a primelor organisme simple.

Pe scurt, crede Chatterjee, meteoriţii şi cometele ce au lovit Pământul în urmă cu 4 miliarde de ani au adus cu ele ingredientele de bază pentru apariţia materiei vii şi au şi creat condiţiile potrivite pentru apariţia vieţii.

Pornind de la studiul a trei situri paleontologice, care conţin cele mai vechi fosile din lume – în Groenlanda, Australia şi Africa de Sud –  Chatterjee a imaginat calea pe care ar fi putut apărea primele organisme unicelulare în bazinele hidrotermale formate în craterele de impact.

„Când s-a format, acum 4,5 miliarde de ani, Pământul era o planetă sterilă, neprimitoare pentru organisme vii”, spune el.  „Era un cazan clocotind de vulcani în erupţie, cu ploi de meteoriţi şi gaze fierbinţi şi otrăvitoare. Un miliard de ani mai târziu, era o planetă calmă, plină de apă, colcăind de forme de viaţă microscopice – strămoşii tuturor fiinţelor vii.”

Apariţia vieţii – în 4 paşi

Timp de mulţi ani, dezbaterile privind apariţia vieţii s-au concentrat asupra evoluţiei chimice a celulelor vii, pornind de la molecule organice, prin procese naturale. 

Chatterjee afirmă că viaţa a apărut în 4 etape, marcate de o creştere treptată a complexităţii: cosmică, geologică, chimică, biologică.

În stadiul cosmic, Pământul în formare – ca şi alte corpuri cereşti din sistemul nostru solar -, a „încasat” ploi de asteroizi de piatră şi comete de gheaţă timp de o lungă perioadă – începînd de acum 4,1 miliarde de ani şi până în urmă cu 3,8 miliarde de ani. Craterele străvechi de pe alte corpuri cereşti – Marte, Venus, Mercurt, Luna – demonstrează amploarea acestui fenomen. Pe Terra, efectele acestui fenomen nu mai sunt atât de clar vizibile; procese naturale precum tectonica plăcilor, eroziunea creată de vânt şi dinamica apei au şters, în mare măsură, urmele acestor bombardamente intense, dar, cândva, şi planeta noastră purta nenumărate cicatrice lăsate de aceste evenimente cosmice.

(Foto: Shutterstock.com)

Craterele create pe Pământ de meteoriţi mai mari au devenit, din întâmplare, laboratoarele naturale perfecte pentru chimia care avea să ducă la apariţia vieţii. Aceşti meteoriţi mari au străpuns, pe alocuri, scoarţa Pământului, ducând la apariţia unor izvoare geotermale alimentate de vulcani. Aceiaşi meteoriţi au adus şi ingredientele chimice de bază, care, în stadiul următor, puteau fi concentrate şi polimerizate în bazinele formate în cratere. 

În stadiul al doilea – cel geologic – au intrat în scenă cometele, alcătuite din gheaţă. Pământul aflându-se îndeajuns de aproape de Soare pentru a avea o temperatură ridicată, gheaţa s-a topit, umplând cu apă craterele de impact. În plus, cometele au adus şi ele, din spaţiul cosmic, compuşi organici necesari pentru formarea materiei vii. Izvoarele geotermale vulcanice au încălzit apa acumulată şi au determinat apariţia curenţilor de convecţie (care iau naştere atunci când într-un fluid există porţiuni cu temperaturi diferite), asigurând mişcarea apei şi ducând la formarea unei soluţii dense de compuşi organici – aşa-numita supă primordială. În cantitatea limitată de apă din acest bazine închise a devenit posibilă concentrarea puternică a substanţelor chimice, făcând astfel mult mai probabilă iniţierea unor reacţii chimice care să ducă la formarea unor compuşi complecşi, capabili să stea la baza formării materiei vii. Şi astfel, apele adânci, întunecate şi fierbinţi ale acestor ochiuri de apă acumulate în cratere au devenit adevărate incubatoare pentru viaţă.  Savantul le descrie, plastic, ca pe nişte lumi bizare şi izolate, ce evocă „viziunea iadului, cu mirosul scârbos al hidrogenului sulfurat, cu metanul, oxidul de azot şi aburul ce furnizau energie vieţii pentru a se auto-întreţine.”

A urmat stadiul chimic al procesului: căldura provenită din adâncul pământului producea diferenţe de temperatură ce determinau mişcarea curenţilor de apă, amestecând substanţele, stimulând astfel producerea reacţiilor chimice şi făcând ca din compuşii cu structură simplă să se formeze alţii, mai complecşi.

(Foto: Shutterstock.com)

Porii şi crăpăturile din rocile bazinelor au acţionat ca nişte suporturi pentru concentrarea moleculelor de proteine şi ARN. Contrar unei teorii larg acceptate, confrom căreia ARN-ul ar fi apărut primul, fiind urmat de proteine (aşa-zisa teorie a „lumii ARN), prof. Chatterjee crede că ARN şi proteinele au apărut simultan şi au fost încapsulate şi astfel protejate de factorii distructivi ai mediului din jur.

„O lume ARN/proteine, cu origine duală, este mai plauzibilă în mediul izvoarelor geotermale decât cunoscuta lume ARN”, spune el. „Moleculele de ARN sunt foarte instabile. În mediul izvoarelor geotermale, s-ar fi descompus rapid. Anumiţi catalizatori, precum proteinele simple, erau necesari pentru replicarea şi metabolizarea ARN-lui primitiv. Pe de altă parte, aminoacizii, din care sunt constituite proteinele, sunt mai uşor de obţinut decât componentele ARN-ului.”

Se ridică, totuşi, întrebarea cum au ajuns moleculele de ARN şi proteine care pluteau în supa primordială să fie protejate în interiorul unor membrane, pentru a se ajunge la formarea primelor celule. Sankar Chatterjee consideră că, în conformitate cu o ipoteză emisă de prof. David Deamer, de la Universitatea din California, materialul membranar exista în supa primordială: fusese adus pe Pământ de meteoriţi. Prof. Deamer a izolat vezicule de substanţe grase din meteoritul Murchison, care a căzut în Australia în 1969, şi a constatat că bulele de grăsime extrase din meteorit erau similare cu membranele celulare. Prof. Chatterjee crede că substanţele grase sosite pe Terra odată cu meteoriţii pluteau, iniţial, la suprafaţa apei, dar au fost transportate spre fundul bazinelor de către curenţii de convecţie. La un moment dat, în cursul acestui proces care a durat  milioane de ani, aceste membrane lipidice au încapsulat, ca în interiorul unor baloane de săpun, nişte molecule simple de ARN şi proteine. În interiorul acestor bule, moleculele de ARN proteine au început să interacţioneze şi să „comunice” între ele. În cele din urmă, din ARN a evoluat ADN-ul, mult mai stabil şi, odată cu dezvoltarea codului genetic, a avut loc diviziunea primelor celule.

Stadiul final – cel biologic – constituie etapa apariţiei celulelor capabile de replicare (reproducere), când acestea au început să stocheze, să proceseze şi să transmită informaţia genetică spre celulele-fiice.

(Foto: Shutterstock.com)

Au fost „încercate” nenumărate combinaţii – şi nenumărate au dat greş – până să fie descoperit secretul replicării şi să aibă loc un proces eficient de selecţie.

„Aceste prime celule care se auto-perpetuau erau capabile de evoluţie darwiniană”, spune prof. Chatterjee. Cu alte cuvinte, opera selecţia naturală, care favoriza supravieţuirea celor mai bine adaptate dintre aceste celule, a celor capabile să reziste, „să se descurce” cel mai bine în mediul respectiv, crescând, reproducându-se şi transmiţându-şi astfel caracteristicile la urmaşi. Iar apariţia acestor  prime celule pe Pământul aflat într-un stadiu timpuriu de evoluţie „a reprezentat momentul culminant al unei lungi istorii a proceselor precedente – chimice, geologice şi cosmice.”

Această teorie are implicaţii deosebit de interesante şi în ceea ce priveşte modul în care înţelegem unele dintre fenomenele contemporane din biologie: prof. Chatterjee consideră că agenţi patogeni cum sunt ribovirusurile (virusuri la care materialul genetic este reprezentat de ARN) şi prionii (particule proteice infecţioase), ce produc boli adesea fatale, ar reprezenta, probabil  o „moştenire evolutivă” a ARN-ului şi proteinelor primitive. S-ar putea ca asemenea agenţi patogeni să fie cele mai primitive entităţi biologice, care au precedat apariţia primelor organisme celulare. Odată ce a apărut viaţa celulară, ribo-virusurile şi prionii au devenit „în plus” – celula reprezenta o entitate biologică mult mai avansată – şi totuşi, au reuşit cumva să reziste: au supravieţuit ca paraziţi ai celulelor vii.

Prof. Chatterjee, care şi-a prezentat noua teorie la data de 30 octombrie a acestui an, în cadrul întrunirii anuale a prestigioasei Geological Society of America, e gata să îşi pună teoria la încercare. „Problema tuturor teoriilor privind originea vieţii”, spune el, „este că nu propun niciun experiment care să ducă la formarea celulelor.” El, însă, a sugerat un tip de experiment care să re-creeze lumea străveche prebiotică (de dinaintea apariţiei vieţii) şi ale cărui rezultate ar urma să confirme sau să infirme teoria sa.  

„Dacă viitoarele experimente cu prioni şi ribovirusuri încapsulate în membrane vor avea ca rezultat formarea unei proto-celule sintetice, atunci ar putea reflecta o cale plauzibilă de apariţie a vieţii pe Pământ,” spune el.

Ar fi, cu siguranţă, un experiment aşteptat de mulţi şi capabil să revoluţioneze domeniul controversat al cercetărilor asupra apariţiei vieţii.  În anii 1950, un alt experiment celebru, experimentul Urey –Miller, a zguduit lumea ştiinţei, aducând argumente în favoarea abiogenezei – evoluţia materiei vii din materie organică neînsufleţită – până atunci preconizată doar de teorii îndrăzneţe ale unor biologi precum rusul Alexandr Oparin şi britanicul J. B. S. Haldane. Chiar dacă, în cele 6 decenii care au urmat, condiţiile şi rezultatele acestui experiment au devenit subiectul unor critici, unori acerbe, experimentul Urey-Miller rămâne unul de o importanţă uriaşă: chiar contestaţiile care i s-au adus au reprezentat progrese în înţelegerea fenomenului apariţiei vieţii. 

Exprimentul cu prioni şi ribovirusuri propus de profesorul Chatterjee are acelaşi potenţial fantastic de a spori ceea ce ştim despre viaţă: fie că va confirma, fie că va infirma teoria sa, va aduce oricum un spor de cunoaştere, va arunca o nouă lumină asupra răspunsului la marea  întrebare, la enigma supremă: cum a luat naştere viaţa pe Pământ?

(Foto: Shutterstock.com)

Surse: Science Daily, Texas Tech Today, gsa.confex.com