დედამიწაზე სიცოცხლე სავარაუდოდ თბილ, წყალქვეშა, წყალბადითა და რკინით მდიდარ „ქიმიურ ბაღებში“ აღმოცენდა. გერმანელმა მკვლევრებმა ამ გარემოს სინჯარაში სიმულირება მოახდინეს და დაადგინეს, რომ ღრმა ზღვის ამჟამინდელ ბინადარ არქაულ სიცოცხლის ფორმებს ამ პირველყოფილ გარემოში არსებობა შეუძლიათ.
ძნელია წარმოიდგინო, როგორ აღმოცენდა სიცოცხლე ჩვენს პლანეტაზე. დღევანდელ ეკოსისტემებში სიცოცხლე იმდენად მჭიდროდ არის გადახლართული ერთმანეთში, რომ მხოლოდ რამდენიმე ქმნილება თუ ცოცხლობს პირდაპირ ნედლი მასალების ხარჯზე. ასეა უკვე ძალიან, ძალიან დიდი ხანია.
თუმცა, სხვა მხრივ უსიცოცხლო პლანეტის პირველი ორგანიზმები უნდა დაკმაყოფილებულიყვნენ იმით, რასაც გენე შესთავაზებდა. ჟანგბადი ან ცოტა იყო, ან საერთოდ არ იყო, არ არსებობდა ფოტოსინთეზი. როგორც ქვემოთ ვიდეოში ხედავთ, ღრმა ზღვის ზოგიერთი ორგანიზმი დღემდე ასე არსებობს — ღრმა ზღვაში, ჰიდროთერმულ ღრმულებში, ისეთ სიღრმეში, სადაც მზის სინათლეც ვერ აღწევს.
ღრმა ზღვის მიკრობები დედამიწის ბირთვიდან გამოჟონილი წყალბადისგან ელექტრონებს „სესხულობენ“ და მიჰყვებიან იმაზე ძველ რეცეპტს, ვიდრე ის უძველესი გენებია, რომლებსაც ამისათვის იყენებენ, სახელად აცეტილ-CoA. ეს გახლავთ ნახშირბადის ფიქსაციის ერთადერთი გზა, რომლითაც არაორგანულ ნახშირბადს ორგანულ ნაერთებად ამუშავებენ; ამის განმეორება შესაძლებელია ფერმენტების გარეშე.
ეს რეცეპტი დედამიწის ადრეულ წლებში დაიწერა, როცა ზღვის წყალში იმაზე გაცილებით მეტი რკინა იყო გახსნილი, ვიდრე დღესაა. მიუნხენის ლუდვიგ მაქსიმილიანის უნივერსიტეტის მკვლევართა ჯგუფს გეოქიმიკოს ვანესა ჰელმბრეხტის ხელმძღვანელობით, სურდა გაერკვია, რამხელა სხვაობას იძლევა ეს გახსნილი რკინა; ამისათვის მათ ლაბორატორიაში მოახდინეს იმ უძველეს ოკეანეთა გარემო პირობების სიმულირება.
„გეოლოგიურ ჩანაწერებში უძველესი ჰიდროთერმული რკინის სულფიდით მდიდარი დანალექები ადრეულ არქეულ პერიოდს (4 – 3,6 მილიარდი წლის წინ) მოიცავს და შეიცავს ნამარხ წარმონაქმნებს, რომლებიც დედამიწაზე სიცოცხლის ერთ-ერთ ყველაზე ძველ ხელწერად მიიჩნევა“, — წერს ჯგუფი ექსპერიმენტის შესახებ გამოქვეყნებულ პუბლიკაციაში.
თუმცა, როგორც ისინი აცხადებენ, იშვიათია კავშირები სიმულირებული პირველყოფილი ჰიდროთერმული სისტემების რკინა-სულფიდის ქიმიურ ბაღებში აბიოტური H2-ის (დიწყალბადი) წარმოებასა და ადრეულ სიცოცხლეს შორის.
სიმულაციებში სატესტო საგნად შეარჩიეს არქეების რიგის ერთუჯრედიანი მიკრობი Methanocaldococcus jannaschii. ის მექსიკის დასავლეთ სანაპიროსთან აიღეს ჰიდროთერმული ღრმულიდან, სადაც ის დამოკიდებულია აცეტილ-CoA გზის გამოყენებით ნახშირორჟანგსა და წყალბადზე, რომლებიც მისი ენერგიის ძირითად წყაროებს წარმოადგენს.
„აბიოტური H2 ელექტრონთა პოტენციურად მნიშვნელოვანი დონორი იყო და CO2 ელექტრონთა საკვანძო მიმღების როლს ასრულებდა პირველ უჯრედებში. ანაერობული ორგანიზმები, რომლებიც H2–ზე დამოკიდებულ რედუქციულ აცეტილ-CoA გზას იყენებენ CO2-ის ფიქსაციისთვის, არიან თანამედროვე წარმომადგენლები, რომლებმაც შეინარჩუნეს პირველი მეტაბოლიზმის ნაკვალევი“, — წერენ მკვლევრები.
ექსპერიმენტში, M. jannaschii მოათავსეს ღრმა ზღვის ჰიდროთერმული ღრმულების მინიატურულ ვერსიაში, რომელიც მინის სინჯარაში მოაწყვეს. როდესაც სულფიდური სითხე შეიყვანეს წყალში, რომელიც გახსნილ ჟანგბადს არ შეიცავდა, მათ წარმოქმნეს შავი ნალექი, რომელიც 5-10 წუთში ბუხრის სტრუქტურად გარდაიქმნა.
მაღალ ტემპერატურაზე, ამ მიკროსამყაროში არსებულმა რკინამ და გოგირდმა წარმოქმნა რკინის სულფიდური მინერალები — მაკინავიტი (FeS) და გრეიგიტი (Fe3S4). რკინის სულფიდის ჰიდრატირებისას გამოიყო H2.
მიუხედავად იმისა, რომ თავის ამჟამინდელი საცხოვრებელი გარემოსგან ძლიერ განსხვავდებოდა, M. jannaschii ამ უცნაურ გარემოშიც აღორძინდა.
„თავდაპირველად მხოლოდ მცირე ზრდას ველოდით, რადგან ექსპერიმენტში არ დაგვიმატებია რაიმე სხვა საკვები ნივთიერებები, ვიტამინები ან ლითონები. არქეებმა ჭარბად გამოხატეს აცეტილ-CoA-ს მეტაბოლიზმის ზოგიერთი გენი და ექსპონენციურად გაიზარდნენ“, — ამბობს ჰელმბრეხტი.
M. jannaschii-ის უჯრედები მაკინავიტის ნაწილაკების გვერდით განლაგდა — ეს სცენა ძლიერ ჰგავდა სიცოცხლის ერთ-ერთი ყველაზე ადრეული ნამარხების კვალს. მეცნიერთა აზრით, სწორედ ამ ქიმიურმა ბაღებმა გაზარდა დედამიწის პირველი მიკრობები.
ეს იმის მტკიცებულებაა, რომ აცეტილ-CoA მეტაბოლიზმის რეცეპტი ჩაისახა ექსტრემალურ და ენერგიაშეზღუდულ გარემოში, სადაც შესაძლოა, დედამიწაზე სიცოცხლის პირველი ნაპერწკლები გაჩნდა.
„ჩვენ მიერ მიღებული შედეგები მაკინავიტისა და გრეიგიტის ქიმიურ ბაღებს სიცოცხლის პოტენციურ ინკუბატორებად წარმოაჩენს, პირველყოფილ გარემოდ, რომელსაც პოტენციურად ხელსაყრელი უნდა ყოფილიყო მეტაბოლიზმის უნარის მქონე პირველი უჯრედების უწყვეტი ევოლუციისთვის“, — ასკვნიან კვლევის ავტორები.
კვლევა Nature Ecology & Evolution-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია ScienceAlert-ის მიხედვით.
