Σάββατο, 17 Μαρτίου 2012

Ένα άλυτο μυστήριο της Χημείας: Πώς ξεκίνησε η ζωή;


Πολλές από τις πιο βαθιές επιστημονικές ερωτήσεις και μερικά από τα πιο επείγοντα προβλήματα της ανθρωπότητας αφορούν την επιστήμη των ατόμων και των μορίων, δηλαδή τη Χημεία.

Η στιγμή που αναδύθηκαν οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί από την άψυχη ύλη, σχεδόν τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια πριν, εξακολουθεί να καλύπτεται από ένα βαθύ μυστήριο. Πώς έγινε και σχετικά απλά μόρια στον αρχέγονο ζωμό οδηγήθηκαν σε περισσότερες και πιο σύνθετες ενώσεις; Και πώς ορισμένες από αυτές τις ενώσεις άρχισαν να επεξεργάζονται την ενέργεια και την αναπαραγωγή (δύο από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά της ζωής); Σε μοριακό επίπεδο, όλα αυτά τα βήματα είναι, φυσικά, χημικές αντιδράσεις, γεγονός που καθιστά το ζήτημα του πώς ξεκίνησε η ζωή θέμα της χημείας.
Η πρόκληση για τους χημικούς δεν είναι πλέον να καταλήξουν σε αόριστα αληθοφανή σενάρια, που βεβαίως υπάρχουν πολλά. Για παράδειγμα, ερευνητές έχουν σκεφτεί ότι μέταλλα, όπως η άργιλος, έδρασαν ως καταλύτες για το σχηματισμό των πρώτων αυτοαναπαραγόμενων πολυμερών (μόρια που, όπως το DNA ή οι πρωτεΐνες, είναι μεγάλες αλυσίδες από μικρότερες μονάδες). Σκέφτονται, επίσης, ότι οι πολύπλοκες χημικές ενώσεις τροφοδοτήθηκαν από την ενέργεια των υδροθερμικών πηγών, όπως και για έναν "κόσμο RNA", στον οποίο ο ξάδελφος του DNA, δηλαδή το RNA – μπορούσε να λειτουργήσει και ως ένζυμο που καταλύει αντιδράσεις με τον τρόπο που το κάνουν και οι πρωτεΐνες – θα ήταν ένα καθολικό μόριο, πριν εμφανιστούν το DNA και οι πρωτεΐνες.
Όχι, το παιχνίδι για τους χημικούς είναι να καταλάβουν πώς να δοκιμάσουν αυτές τις ιδέες σε προσεκτικές αντιδράσεις στο δοκιμαστικό σωλήνα. Ερευνητές έχουν δείξει, για παράδειγμα, ότι ορισμένες σχετικά απλές χημικές ουσίες μπορούν αυθόρμητα να αντιδράσουν για να σχηματίσουν τις πιο σύνθετες δομές των έμβιων συστημάτων, όπως τα αμινοξέα και τα νουκλεοτίδια, τις βασικές μονάδες του DNA και του RNA.
Το 2009 μια ομάδα με επικεφαλής τον John Sutherland, που ανήκει στο Εργαστήριο της Μοριακής Βιολογίας στο Κέιμπριτζ, ήταν σε θέση να αποδείξει το σχηματισμό των νουκλεοτιδίων από μόρια πιθανό να υπήρχαν στον αρχέγονο ζωμό. Άλλοι ερευνητές έχουν εστιάσει την προσοχή τους στην ικανότητα που έχουν ορισμένα σκέλη RNA, να ενεργούν ως ένζυμα, παρέχοντας αποδεικτικά στοιχεία για την υποστήριξη της υπόθεσης του κόσμου του RNA.
Μέσα από τέτοιες ενέργειες, οι επιστήμονες μπορούν να γεφυρώσουν σταδιακά το χάσμα που υπάρχει ανάμεσα στην άψυχη ύλη έως τα αυτο-παραγόμενα και αυτοτροφοδοτούμενα συστήματα.
Ασφαλώς τώρα που οι επιστήμονες έχουν μια καλύτερη εικόνα από παράξενα και δυνητικά γόνιμα περιβάλλοντα στο ηλιακό μας σύστημα – την περιστασιακή ροή του νερού στον Άρη, τις θάλασσες από πετροχημικά στο φεγγάρι Τιτάνα του Κρόνου και τους ψυχρούς, αλμυρούς ωκεανούς που φαίνεται να κρύβονται κάτω από τον πάγο στα φεγγάρια του Δία Ευρώπη και Γανυμήδη, η προέλευση της επίγειας ζωής φαίνεται να είναι ένα τμήμα των απώτερων και μεγάλων ερωτημάτων: Κάτω από ποιές συνθήκες μπορεί να προκύψει η ζωή; Και πόσο πολύ μπορεί να διαφέρει η χημική του βάση; Το ζήτημα γίνεται ακόμα πιο πλούσια από την ανακάλυψη, τα τελευταία 16 χρόνια, πάνω από 700 εξωηλιακών πλανητών που είναι σε τροχιά γύρω από άλλα άστρα – κόσμοι σε απίστευτη ποικιλία.
Αυτές οι ανακαλύψεις ώθησαν τους χημικούς να αναπτύξουν τη φαντασία τους για την πιθανή χημεία της ζωής. Για παράδειγμα, η NASA έχει εδώ και καιρό την άποψη ότι το νερό είναι μία απαραίτητη προϋπόθεση για τη ζωή, αλλά τώρα οι επιστήμονες δεν είναι και τόσο σίγουροι. Τι ρόλο άραγε παίζει η υγρή αμμωνία, το μεθαναμίδιο (HCONH2) – ένας ελαιώδης διαλύτης σαν το υγρό μεθάνιο – ή το υπερκρίσιμο υδρογόνο στον Δία; Και γιατί θα πρέπει να περιορίζουμε την ίδια τη ζωή με το DNA, το RNA και τις πρωτεΐνες;
Πέρα από όλα αυτά έχουν εμφανιστεί τώρα πολλά τεχνητά χημικά συστήματα, που  εμφανίζουν ένα είδος αντιγραφής από τα συστατικά τους στοιχεία χωρίς να βασίζονται στα νουκλεϊνικά οξέα. Το μόνο που χρειάζεται, όπως φαίνεται, είναι ένα μοριακό σύστημα που να μπορεί να χρησιμεύσει ως πρότυπο για να δημιουργηθεί ένα αντίγραφο και στη συνέχεια, το ίδιο να αποσυνδεθεί. Κοιτάζοντας τη ζωή στη Γη, λέει ο χημικός Steven Benner του Ιδρύματος Εφαρμοσμένης Μοριακής Εξέλιξης στο Gainesville της Φλόριντα, "δεν έχουμε κανένα τρόπο να αποφασίσουμε αν οι ομοιότητες [όπως η χρήση του DNA και οι πρωτεΐνες] αντανακλούν μια κοινή καταγωγή ή τις ανάγκες της ζωής σε παγκόσμιο επίπεδο. "Αλλά αν υποχωρήσουμε λέγοντας ότι πρέπει να επιμείνουμε σε όσα γνωρίζουμε, λέει, “δεν κάνουμε τίποτα."
physics4u.gr

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου