Otázka, ako vlastne vznikol život na Zemi, patrí k najväčším záhadám vedy. Kým Darwinova evolučná teória vysvetľuje ako život mení formu v priebehu miliónov rokov, neuvádza, ako sa prvé chemické reakcie premenili z neživej hmoty na komplexné molekuly schopné replikácie.
Nedávny výskum publikovaný v ACS Central Science naznačuje, že niektoré reakcie, ktoré sme doteraz považovali za nepravdepodobné, mohli fungovať v extrémne nízkych teplotách, keď molekuly zamrzli do kryštalických štruktúr. Takéto mrazené chemické systémy môžu totiž vytvoriť podmienky pre vznik biologických prekurzorov života.
Bežne si predstavujeme chemické reakcie ako teplé procesy, pri ktorých sa molekuly ľahko pohybujú a stretávajú. V skutočnosti však existujú mechanizmy, ktoré umožňujú zložité premeny aj pri nízkych teplotách, ak sa molekuly dostanú tam, kde energeticky vyhovujúce reakčné dráhy môžu prebehnúť.
Jeden takýto mechanizmus pochádza zo štúdie na zamrznutých kryštáloch hydrogen cyanidu – veľmi toxickej molekuly, ktorá však v mrazivých podmienkach vytvára komplexné kryštalické štruktúry.
Hydrogen cyanid (HCN) je látka, ktorá je pre človeka vysoko nebezpečná, no vo vesmíre je veľmi častá. Bola detegovaná na kométach, v atmosférách planét i mesiacov, napríklad Titanovho satelitu Saturnu.
Keď sa HCN dostane do veľmi chladného prostredia, tvorí kryštály s výraznými reaktívnymi povrchmi. Podľa počítačových simulácií tieto kryštály dokážu podporiť chemické reakcie, ktoré za normálnych chladných podmienok takmer vôbec neprebiehajú.
Štúdie ukazujú, že v povrchových vrstvách týchto kryštálov dochádza k zmenám, ktoré môžu viesť k tvorbe zložitejších molekúl. Konkrétne ide o premeny hydrogen cyanidu na reagovanejšie izoméry, ktoré sú schopné ďalej tvoriť prekurzory aminokyselín či nukleobáz. Tieto molekuly sú základnými stavebnými kameňmi bielkovín a DNA.
Takéto reakcie by mohli nastať v mrazivých prostrediach raného vesmíru či skorého Zeme, kde chemické látky zamrzli a vytvorili „mikroreaktory“ – štruktúry, ktoré podporujú zložité procesy bez potreby tepla.
Chemická reakcia neznamená len náhodné stretnutie molekúl. Je to séria krokov, počas ktorej sa staré väzby lámu a nové sa tvoria. Každý takýto krok má energetickú bariéru. Pri vyšších teplotách má molekula viac energie, ktorá jej pomáha prekonať tieto bariéry.
V mraze by sme očakávali, že reakcie budú extrémne pomalé alebo vôbec nepôjdu, no kryštalické rozhrania môžu poskytovať „skratky“, ktoré znižujú energetickú náročnosť. To je podobné tomu, ako keď katalyzátor zrýchľuje reakciu, no v tomto prípade je katalytickou platformou samotná mrazená štruktúra.
Moderná veda sa domnieva, že predtým, než vznikli prvé bunky, museli existovať zložité chemické siete. Tie museli vytvoriť základné molekuly, ako aminokyseliny, lipidy či nukleotidy, ktoré sú dnešným životom nevyhnutné.
Ak takéto molekuly mohli vzniknúť pri teplotách oveľa nižších, než sme si mysleli, otvára to nové možnosti pre to, kde a ako sa život mohol zrodiť. Nielen na Zemi, ale aj na iných planetárnych telách s ľadovým povrchom, ako sú mesiace Jupitera či Saturnu.
Vo vesmíre existuje množstvo objektov, kde sú mrazivé podmienky normou. Od komét plávajúcich slnečnou sústavou až po chladné mesiace Saturnu či Uránu. Tieto telá obsahujú množstvo jednoduchých chemikálií, ktoré by v spojení s vodným ľadom či inými kryštálmi mohli prejsť reakciami vedúcimi k zložitejším molekulám.
Aj keď počítačové modely a simulácie poskytujú sľubné výsledky, je nevyhnutné tieto hypotézy potvrdiť experimentmi v laboratóriách. Výskumníci chcú skúmať, či sa podobné reakcie uskutočnia, ak sa zamrznuté kryštály vystavia vode či iným chemikáliám, ktoré sa vyskytovali na ranom Zemi.
Takéto experimenty by mohli posunúť hranice nášho chápania prebiotickej chémie a priblížiť nás k odpovedi, ako z neživých molekúl vznikol prvý život.
Zdroje inšpirácie:
https://www.sciencedaily.com
https://phys.org
https://www.acs.org
