Menurut satu hipotesis, kehidupan preluler primitif muncul lebih dari empat miliar tahun yang lalu di darat di antara gunung berapi dan fumarol, yang menyediakan semua bahan kimia yang diperlukan untuk pelestarian dan nutrisi. Ini bisa terjadi di Bumi dan di Mars.
Sel hidup adalah organisme yang sangat kompleks yang menggabungkan banyak elemen, mekanisme, dan proses. Bagaimana itu terbentuk tidak diketahui. Beberapa ilmuwan mencoba untuk mensintesis sel secara keseluruhan, yang lain beralih dari yang sederhana ke yang kompleks, mencari tahu bagaimana bagian-bagian penyusunnya terbentuk secara terpisah dan kemudian berevolusi selama miliaran tahun.
Untuk waktu yang lama, diyakini bahwa kehidupan berasal dari lautan, tetapi belakangan ini sudut pandang ini telah dikritik. Meskipun air adalah bagian dari sel, itu berbahaya bagi sintesis biomolekul secara spontan. Selain itu, tidak ada bukti bahwa lautan dan samudra ada di permukaan planet lebih dari empat miliar tahun yang lalu, ketika proses asal mula kehidupan dimulai.
Kimia Dunia RNA
Peran proto-kehidupan diklaim oleh molekul asam ribonukleat, RNA. Mereka mampu menyimpan informasi, mereproduksi, mensintesis protein dan secara mandiri melakukan banyak fungsi berbeda, yang dalam sel modern telah mengambil alih DNA, enzim, dan molekul biologis lainnya.
Molekul RNA terdiri dari nukleotida bergantian yang dihubungkan oleh jembatan oksigen. Para ilmuwan telah lama mencoba untuk menciptakan kembali tautan dalam rantai polimer molekul kompleks ini, tetapi terobosan baru datang pada tahun 2009, ketika peneliti Inggris Matthew Powner dan John Sutherland menerbitkan hasil eksperimen pada sintesis dua nukleotida RNA - sitosin dan urasil. Mereka diperoleh dalam kondisi laboratorium dari bahan organik sederhana dan fosfat setelah iradiasi ultraviolet.
“Mereka mensintesis dua nukleotida alami seluruhnya. Itu adalah terobosan yang luar biasa,”- kata RIA Novosti Armen Mulkidzhanyan, Doktor Ilmu Biologi, karyawan Institut Penelitian Fisik-Kimia A. N. Belozersky, Universitas Negeri Lomonosov Moskow, karyawan Departemen Fisika Universitas Osnabruck (Jerman).
Video promosi:
Nukleotida terdiri dari basa nitrogen, gula (ribosa) dan gugus fosfat, ketika dilekatkan dengan energi yang disimpan. Alexander Butlerov menunjukkan cara mendapatkan campuran gula kompleks dari bahan organik pada tahun 1859. Satu setengah abad kemudian, ahli kimia Amerika Steven Benner menemukan bahwa agar reaksi ini membentuk ribosa secara selektif, molibdenum oksida diperlukan sebagai katalis. Selain itu, untuk menstabilkan gula yang dihasilkan, dibutuhkan banyak borat - garam asam borat. Benner berteori bahwa kondisi kimiawi seperti itu dapat terjadi di suatu tempat di gurun, seperti di ketinggian basal Mars yang kering.
“Memang, Mars dan Bumi awal sangat mirip. Mars mungkin memiliki atmosfer yang lebih teroksidasi daripada Bumi purba, dan deposit borat telah ditemukan di sana, menunjukkan aktivitas geotermal yang sudah berlangsung lama. Separuh wilayah Mars terdiri dari bebatuan yang berusia lebih dari empat miliar tahun, jadi masuk akal untuk mencari jejak kehidupan di sana. Karena lempeng tektonik, batuan pada zaman ini tidak dapat bertahan hidup di Bumi,”jelas Mulkidzhanyan.
Gunung berapi Solfatara, Phlegraean Fields, Italia / CC BY 2.0 / NH53 / Solfatara, Phlegraean Fields.
Tidak ada kehidupan tanpa cahaya
Spesialis energi sel Armen Mulkidzhanyan telah lama menangani masalah asal usul kehidupan, yang memiliki tradisi terhormat dalam sains Soviet dan Rusia. Cukuplah untuk mengatakan bahwa Akademisi Alexander Oparin dianggap sebagai bapak pendiri arahan ilmiah ini di seluruh dunia.
Mulkidzhanyan dan rekannya menyarankan bahwa sinar ultraviolet bisa menjadi faktor kunci dalam pemilihan biomolekul pertama. Atmosfer kuno tidak mengandung oksigen maupun ozon. Ia mempertahankan biomolekul yang pada awalnya dapat dipanaskan oleh sinar matahari tanpa membusuk. Ini dibuktikan oleh fakta bahwa semua basa nitrogen alami RNA memiliki sifat ini. Tetapi protoorganisme hidup hampir tidak akan tahan terhadap radiasi kosmik yang keras, ahli biologi yakin. Ini berarti tidak diragukan lagi pengirimannya oleh meteorit dari Mars ke Bumi.
Ladang panas bumi yang terbentuk di sekitar gunung berapi cocok untuk tempat asal kehidupan. Alih-alih air, seperti pada geyser, uap keluar dari mata air panas, jenuh dengan semua komponen yang diperlukan. Ini mengandung karbon dioksida, hidrogen, amonia, sulfida, fosfat, molibdenum, borat, kalium - dan ada lebih banyak daripada natrium. Kalium juga mendominasi dalam sel semua organisme, karena jika tidak, biosintesis protein tidak mungkin dilakukan. Seperti yang telah ditunjukkan oleh Mulkidzhanyan dan rekannya, kalium sangat penting untuk berfungsinya protein paling kuno. Bioinformatika Evgeny Kunin berhasil menghitungnya pada tahun 2000 selama rekonstruksi nenek moyang bersama semua organisme seluler - LUCA (Last Universal Cellular Ancestor).
Protein yang mengkode gen LUCA juga menggunakan ion seng sebagai katalis atau bahan penyusun.
“Seng sulfida bisa membentuk semua bakteri. Menariknya, kristal seng sulfida dan kadmium sulfida serupa mampu mereduksi karbon dioksida menjadi molekul organik yang berpotensi "dapat dimakan" di bawah sinar ultraviolet. Oleh karena itu, organisme hidup pertama dapat menutupi dirinya dengan kristal dari mineral tersebut untuk melindungi diri dari radiasi ultraviolet dan mendapatkan makanan,”jelas ilmuwan tersebut.
Seng mudah menguap, perlahan-lahan mengkristal dan mengendap, tidak seperti besi dan tembaga, di pinggiran ladang panas bumi, yang tidak panas.
"Di pinggiran yang sejuk dari bidang seperti itu, 'cincin kehidupan' bisa saja terbentuk di sekitar mata air panas," peneliti menyimpulkan.
Medan panas bumi masih ada di Bumi - tidak seperti Mars, yang isi perutnya telah mendingin. Armen Mulkidzhanyan, bersama dengan ahli geokimia Andrey Bychkov dari Universitas Negeri Lomonosov Moskow, mempelajari kondisi kimia fumarol di dekat gunung berapi Mutnovsky di Kamchatka. Kondisi serupa diamati di Taman Nasional Yellowstone di Amerika Serikat, di ladang panas bumi Lardarello di Italia dan Matsukawa di Jepang.
Baru-baru ini, jejak ladang panas bumi berusia 3,5 miliar tahun ditemukan di wilayah Pilbara Australia, tempat yang sama di mana jejak tertua komunitas hidup di Bumi ditemukan.
Tatiana Pichugina
