Како је настао живот? Како је од неживе материје настала прва жива ћелија? Важно питање о коме ретко ко озбиљно размишља, иако од одговора на њега зависи наш однос према свету и људима. Особа која је уверена да је живот производ пуке случајности неће увек донети исту одлуку као особа која верује да ја свет створио Бог пред ким смо одговорни за своје поступке.
Увод
Многи верују да је наука већ дала довољно добар одговор на питање порекла живота и због тога уопште не размишљају о овој теми. У школи се учи да је живот настао у пребиотичкој супи, док се на телевизији приказују анимације молекула који се самоорганизују и доводе до стварања првог живота. Изгледа као да је све јасно и стиче се утисак да само необразоване особе још увек не знају да постоји научно објашњење абиогенезе.
Иронично, у стварности је ситуација обрнута. Испоставља се да наука нема објашњење за настанак живота из неживе материје, већ да у то верују они који се никада нису бавили органском хемијом и истраживањем порекла живота. До тога је довело интензивно промовисање идеје о абиогенези. Телевизијске емисије не одражавају научне ставове већ се примарно стварају у циљу забаве. То је донекле и очекивано, али у последње време неосноване тврдње којима се афирмише абиогенеза почеле су се јављати и код појединих академика који су неопрезно прихватили популарне медијске приче. Све је отишло предалеко. Циљ овог чланка је да покаже да је мишљење које преовладава у друштву (веровање у спонтану абиогенезу) погрешно и да није засновано на научним чињеницама.
Градивни блокови
Прича о настанку живота коју већина памти из основне школе гласи отприлике овако: “Постојала је пребиотичка супа са мноштвом хемијских супстанци. Највероватније удар грома доводи до стварања сложенијих молекула, а затим и до стварања живота – прве једноставне ћелије.”
Ова прича је заснована на научним чињеницама колико и бајка о жаби која постаје принц. Погледаћемо тренутне научне домете у синтези градивних блокова живих ћелија, релевантне за пребиотичко окружење, који нам могу указати на потенцијалне начине њиховог самогенерисања.
Наведимо пре свега основне градивне блокове сваке живе ћелије и њихове основне делове који представљају њихове сопствене градивне блокове:
• ПОЛИСАХАРИДИ (угљени хидрати)
◦ ОСНОВНИ ДЕО: моносахариди
• ПРОТЕИНИ
◦ ОСНОВНИ ДЕО: аминокиселине
• НУКЛЕИНСКЕ КИСЕЛИНЕ (РНК и ДНК)
◦ ОСНОВНИ ДЕО: нуклеотиди – азотне базе везане за пентозни шећер који је повезан са фосфатном групом
• ЛИПИДИ
◦ ОСНОВНИ ДЕО: масне киселине, глицерол, фосфати, етаноламин
Да бисмо дошли до градивних блокова ћелије морамо претходно дати одговор на то како се њихови основни делови могу створити. Многи већ на почетку упадају у замку замишљајући дугачке периоде времена током којих се врше бројне хемијске реакције, а добијена једињења се еволутивним процесом природне селекције одабиру све док се на крају не дође до живе ћелије. Звучи лепо, али је бесмислено. Бесмислено је јер еволутивни процеси могу деловати од тренутка када се створи живот, а не пре њега. У пребиотском тј. пребиолошком свету није било живота. Постојали су само молекули, а молекули не маре за живот и не утркују се да га створе.
Хомокиралност
Особина заједничка за све градивне блокове ћелије је хомокиралност – у живим организмима користи се само један од њихових енантиомера. Свака хемијска реакција која производи одређено једињење, производиће све његове енантиомере подједнако па се поставља питање како издвојити баш онај који нама треба. Одговор је – веома тешко. Енантиомери имају исту тачку топљења, исту тачку кључања и једнако су растворљиви у води. Уобичајене методе раздвајања овде не постижу никакав резултат.
Број различитих енантиомера зависи од броја асиметричних атома угљеника, који се обично називају стереогени центри, по једнакости 2n. Један такав атом значи 2 енантиомера, два атома значе 4, три значе 8, итд. Што је више стереогених центара, то је више енантиомера, а издвајање траженог је експоненцијално теже.
Генерално решење је привремено претварање мешавине енантиомера у мешавину дијастереомера. Лабораторијске методе којима се то постиже су веома компликоване, а неке од њих су: кирална хроматографија, формирање дијастереомерне соли, селективна кристализација. Ови процеси се морају прилагођавати свакој класи једињења, и сваком једињењу посебно. Раздвајање енантиомера није нимало једноставан посао чак ни у најсавременијим лабораторијама и помоћна једињења која се користе морају бити високог степена прочишћености како би се избегло добијање нежељених енантиомера. Због тога ове методе немају значаја у анализи пребиотског окружења.
Потребно је наћи објашњење које је релевантно за пребиотско окружење. Једна од популарнијих тврдњи говори да у природи може доћи до спонтаног раздвајања енантиомера аминокиселина: “Прекристализација рацемске[1] мешавине аминокиселина са незнатним вишком аспарагина узрокује кокристализацију аминокиселина исте конфигурације. Добија се чврсто једињење које садржи само један енантиомер.” Када се погледа научна литература из ове области, види се да ствари нису баш онакве како се представљају. Пре свега, јасно се наглашава да рацемске кристализације чине огромну већину у односу на формирање конгломерата хомокиралних кристала. Остају само појединачни кристали код којих долази до жељеног ефекта, али су и код њих резултати катастрофално лоши. Једна од студија[2] наводи резултате експеримената: мање од 1% добијеног кристала садржао је дату аминокиселину (остатак од преко 99% је аспарагин), а од тога је максимални проценат хомокиралних молекула био 22%. Крајње неефикасан процес, а пре свега крајње нетачне тврдње. Нити се ради о незнатном вишку аспарагина (он у ствари чини 99% смеше), нити се добија једињење које садржи само један енантиомер (добија се 1% једињења од чега је мање од 22% циљани облик).
Синтеза одређеног енантиомера је један од највећих проблема синтетичке хемије и у најсавременијим лабораторијама, а нерешив проблем за пребиотичке услове. Поменуте храбре тврдње су крајње непрецизне и изазивају забуну многих јер се позитивни ставови о абиогенези свуда промовишу.
Промотери абиогенезе радо помињу Соаијеву реакцију која у одређеној мери заиста производи хомокиралне молекуле. Оно што прескоче да кажу је да је у питању реакција откривена пре 25 година и да је до данас остала једини такав пример у органској хемији. Ево коментара из једне од најновијих студија[3] о томе, објављене у часопису Nature Chemistry:
Соаијева реакција остаје једини потврђени случај киралне амплификације у аутокатализи, али њена хемија није применљива на сценарио порекла живота. Још увек нису откривене реакције које укључују киралне молекуле под пребиотички прихватљивим условима. Важно је напоменути да је Соаијева реакција сама по себи сингуларност, не само у свом (до данас) јединственом капацитету да појача енантиомерни вишак, већ и по својој запањујућој аутокаталитичкој ефикасности и постојаности.
Наука једноставно нема одговор на то како је могућа синтеза хомокиралних молекула.
Дизање буке
Медији воле сензационалистичке наслове па није неуобичајено видети наслов који тврди да су научници решили загонетку порекла живота.
Дизање буке не долази само од медија. Бука се диже и од стране многих научника који су неопрезно усвојили овакве смеле тврдње као тачне.
На слици је приказ чланка из водећег научног часописа – Nature – чији је аутор Џек Шоштак, професор генетике са Харварда и добитник Нобелове награде из медицине 2009. године. Назив чланка је: “Како је почео живот” и као одговор даје кораке у којима се помиње прича из основне школе – смеша различитих једињења и удар муње који ствара супу реактивних хемикалија.
Следи корак у коме се каже да “неки научници верују да се РНК појавила директно из тих реактивних хемикалија!” Крајње неприкладна изјава јер наука апсолутно нема одговор на то. Ако неки научници верују у тако нешто, то је више део проблема него решења загонетке.
Као следећи корак наводи се да су се: “нуклеотиди, градивни блокови РНК, најзад формирали и међусобно повезали правећи ланац РНК. Неке кораке у овом процесу још увек не разумемо добро”. Друга реченица је тачна – наука не познаје начин да се то изведе. Нико није успео да формира нуклеотиде на тај начин, а они се састоје од пентозног шећера за кога такође нико не зна како се може створити (осим унутар ћелија живих организама користећи код записан у ДНК). Међусобно повезивање нуклеотида се свакако не дешава спонтано, а подједнако је нејасно и како могу остати повезани знајући узроке нестабилности молекула РНК.
Наредни корак помиње масне киселине без икаквог разјашњења како су се оне могле формирати. Одакле су оне дошле? Наука нема одговор на то питање.
Уз часопис Nature, на самом врху научних часописа је и Science. На слици је приказан један од новијих научних радова под насловом: “Биолози су створили најреалнију вештачку ћелију до сада”. Звучи узбудљиво! Погледајмо шта су урадили: “ДНК, рибозоми, иРНК, ензими и реагенси су купљени или изоловани из живих система, додати на медијум са глином и убачени у пластичне капсуле. Очекиване хемијске реакције довеле су до синтезе протеина.”
Све неопходне компоненте су узете из живих система. Купљене су готове, узете из природе. Одједном више не звучи тако узбудљиво. Ради се о стандардној процедури синтезе протеина која се ради у бројним лабораторијама широм света, само што су у овом случају купљене компоненте сместили у пластичне капсуле. Уместо живота, добили су хемијску реакцију. Добијени протеини су након формирања дифузно напуштали капсуле кроз њихове поре. Ово највероватније и јесу најреалније вештачке ћелије до сада, али то само потврђује чињеницу да нико никада није пришао ни близу стварања живота.
NASA је објавила текст под спектакуларним насловом: “NASA студија је репродуковала порекло живота на океанском дну.” Чланак почиње овако: “Научници су у лабораторији репродуковали како су се састојци живота могли формирати дубоко у океану пре 4 милијарде година. Резултати нове студије нуде наговештаје како је отпочео живот на Земљи.” Незамислив број часописа и других медија су преузели ове реченице и објавили као ударне вести. Иако сам рад говори о хемијским процесима који су простији и мање значајни чак и од Милер-Јуријевог експеримента из 1952. године, чланак је завршио у престижном научном часопису “Proceedings of the National Academy of Sciences”, показујући да научни часописи саучествују у овом бесмисленом ширењу лажног утиска да знамо како је настао живот.
Примери су бројни, али би ових пар примера требало да буде довољно да се стекне утисак о чему се ради. Почетак дизања буке долази од самих научника, а медији затим већ преувеличане тврдње додатно надувају и тако долазимо до данашње ситуације у којој преовладава веровање у спонтану абиогенезу иако ниједан од њених бројних корака нема објашњење, нити је оно на видику. Афирмативне тврдње о абиогенези нису засноване на научним чињеницама, већ на необјашњиво великој жељи појединаца да је потврде, и нестрпљивости медија да све преувеличају и што помпезније објаве.
Погледајмо сада детаљније шта нам наука заиста говори о синтези градивних блокова ћелије.
Синтеза полисахарида (угљених хидрата)
Полисахариди су неопходни јер се помоћу њих праве нуклеотиди од којих су изграђени РНК и ДНК. Морамо прво направити рибозу, пентозни шећер чијим се уланчавањем добијају полисахариди. Рибоза се добија од формалдехида формозном реакцијом. То је реакција којом се ствара молекул са три стереогена центра што значи да ће њен производ бити осам различитих изомера међу којима има енантиомера и дијастереомера, и сви су кирални (њихова слика у огледалу се не поклапа са њиховом стварном структуром). Добијамо осам различитих молекула, а биолошки системи су хомокирални и користе само један од њих. Као што је на почетку поменуто, хомокиралност је нерешив проблем.
Како се онда у лабораторијама синтетишу РНК и ДНК? Како се праве моносахариди и нуклеотиди од којих се они граде? Одговор је – не праве се. Купују се готови, узети из живих система. То се ради не зато што је тако лакше, већ зато што их људи не могу генерисати. Само живе ћелије имају њихов код и апаратуру којом их могу направити. Главни проблем код њиховог генерисања у лабораторији је њихова хомокиралност. Не постоји начин за генерисање траженог енантиомера већ се хемијским реакцијама добија рацемска смеша. Непремостив проблем, али идемо даље.
Синтеза моносахарида је немогућа, а њихово повезивање у полисахариде је још теже. Поред хомокиралности постоји још један бесконачно тежак проблем. Полисахариди представљају низ моносахарида који се међусобно могу повезати на огроман број начина па је јако тешко исконтролисати хемијске реакције тако да се добије баш оно што је потребно.
Као да ситуација већ није довољно обесхрабрујућа, постоји и трећи велики проблем. Формозна реакција којом се врши претварање формалдехида у шећере, одвија се истовремено са Канизаровом реакцијом којом се они разграђују.[6] Катализатор реакције за синтезу угљених хидрата је истовремено и катализатор реакције која их разграђује. Формозна реакција мора бити пажљиво контролисана како алкални услови не би покренули Канизарову реакцију над алдозама.
Наставиће се…
[1] Рацемска смеша садржи исту количини свих енантиомера
[2] Kojo S, Uchino H, Yoshimura M, Tanaka K. Racemic D,L-asparagine causes enantiomeric excess of other coexisting racemic D,L-amino acids during recrystallization: a hypothesis accounting for the origin of L-amino acids in the biosphere. Chem Commun (Camb). 2004 Oct 7;(19):2146-7. doi: 10.1039/b409941a.
[3] Hawbaker, N.A., Blackmond, D.G. Energy threshold for chiral symmetry breaking in molecular self-replication. Nat. Chem. 11, 957–962 (2019). https://doi.org/10.1038/s41557-019-0321-y
[4] James Urton, Researchers Solve Puzzle of Origin of Life on Earth, University Of Washington, August 12, 2019
[5] Mitch Leslie, Biologists create the most lifelike artificial cells yet, Science, 19 Nov 2018, doi: 10.1126/science.aaw1173
[6] R.F. Socha, A.H. Weiss, M.M. Sakharov, Homogeneously catalyzed condensation of formaldehyde to carbohydrates: VII. An overall formose reaction model, Journal of Catalysis, Volume 67, Issue 1, 1981, Pages 207-217, ISSN 0021-9517, https://doi.org/10.1016/0021-9517(81)90272-4.
[7] https://en.wikipedia.org/wiki/Formose_reaction
