„To je bio jedan od onih „Aha!“ momenata.“ Shvatila je da te tačkice mogu riješiti vrlo staru zagonetku o porijeklu samog života.
Kada je Kejtlin Kornel pogledala u mikroskop ugledala je svijetle tačkice na tamnoj pozadini. Ličila su na mala blistava sunca na pozadini praznog prostora. Bila je vrlo uzbuđena kada je pokazala te tačkice svojoj nadređenoj, Sari Keler, hemičarki sa Univerziteta u Vošingtonu. „To je bio jedan od onih „Aha!“ momenata.“ Shvatila je da te tačkice mogu riješiti vrlo staru zagonetku o porijeklu samog života.
Ćelije koje tvore sva živa bića, uprkos svih svojih bezbrojnih varijacija, sadrže ista tri osnovna elementa. Tu su molekuli koji sadrže sve informacije i mogu se kopirati – DNK i njen jednostavniji rođak RNK. Tu su proteini – radni molekuli koji obavljaju važne zadatke. Oko svih njih nalazi se membrana izgrađena od zasićenih kiselina. Ako se vratimo dovoljno u prošlost, prije postanka životinja, biljaka pa čak i bakterija, otkrićemo da preteča samog života – onoga što naučnici nazivaju „protoćelija“ – sadrži isto ovo trojstvo elemenata: RNK, proteine i membranu. Kao što je fizičar Friman Dajson jednom rekao: „Život je počeo kesicama smeća“.
I upravo su te kesice – membrane – ključni dio. Bez nečega što bi okupilo druge molekule oni bi samo otplutali jedni od drugih, rastopili se u svijetu i ne bi postigli ništa. Time što su ih okupile na jedno mjesto, membrane su neživi svijet haotičnih elemenata pretvorile u svijet put sekvoji i crvenperki, slonova i E. Coli, ljudi i jegulja. Poenta života, u suštini, je stvaranje pregrada. I to je mnogo jednostavnije ali i mnogo teže nego što se čini.
Da se prvo pozabavimo jednostavnim dijelom. Prvobitne ćelijske membrane su bile sačinjene od zasićenih kiselina – molekula koje izgledaju kao lizala, sa okruglim glavama i dugačkim repovima. Glava voli društvo vode, a rep ga mrzi. To je razlog zašto se u dodiru sa vodom zasićene kiseline same sklope u praznu sferu u kojoj su repovi koji bježe od vode okrenuti ka unutra, a glave koje je vole okrenute ka površini. Ove sfere mogu sadržavati RNK i proteine, tako gradeći protoćelije. Zasićene kiseline mogu automatski graditi zatvorenu sredinu koja je bila neophodna za stvaranje života. Zamalo pa suviše dobro da bi bilo istinito.
I jeste, iz dva razloga. Život se prvo pojavio u slanim okeanima, a so katastrofalno destabilizuje sferu zasićenih kiselina. Takođe, neki joni, uključujući i magnezijum i željezo, uzrokuju kolaps sfere, što je problem jer RNK – još jedan ključni element ranih protoćelija – zahtjeva upravo ove jone.
Kako se, onda, život uopšte mogao razviti, kada baš ti sastojci koji su mu i potrebni za uspjeh u samim uslovima u kojima se pojavljuju uništavaju te iste pregrade bez kojih proces nije moguć?
Kejltin Kornel i Sara Keler su odgovorile na ovaj paradoks. Pokazale su da sfere mogu podnijeti i so i jone magnezijuma dok god su tu prisutne i aminokiseline – proste molekule koje izgrađuju proteine. Ta sunašca koja je Kornelova vidjela pod mikroskopom su bila mješavina aminokiselina i zasićenih kiselina koja su u prisustvu soli zadržala svoj sferni oblik.
To mi je u potpunosti magično. To znači da su si dvije ključne komponente života, membrana protoćelije i njeni proteini, međusobno omogućavali postojanje. Lijepljenjem za zasićene kiseline, aminokiseline su im pružale stabilnost. Zauzvrat, zasićene kiseline su zgusnule aminokiseline i možda ih i ohrabrile da se sjedine u proteine. Od samog početka, ovi partneri su zatočeni u dvokorak plesa koji traje već 3.5 milijarde godina, čime se stvorilo sve bogatstvo biologije sa polazišta puke hemije.
„Potpuno sam saglasna“, kaže mi Kelerova. „Skroz je magično. Trebaju nam ta dva dijela zajedno.“
„To je fantastičan posao“, kaže Nil Devaraž sa Unierziteta u San Dijegu. „Njihova pretpostavka da membrane mogu podsticati sintezu [proteina] je zaista fascinantno“
Do ovog otkrića se došlo skoro pa slučajno. Prvobitno, Kelerova je pokušavala riješiti drugi problem koji joj je postavio kolega Roj Blek. On je primjetio da niko zapravo i nema predstavu o tome kako se trojstvo protoćelije – RNK, proteini i membrane – zapravo prvobitno i skupilo. Izgleda da su ljudi samo mahali rukama i pripisivali ovo krucijalno spajanje nekom nasumičnom događaju. Blek je pretpostavio da su same membrane ključ ove zagonetke. Ako se zasićene kiseline mogu vezati i za dijelove proteina i za dijelove RNK, dok su se one sastavljale mogle su okupiti ove elemente od kojih je sve ostalo izgrađeno.
Kornelova je testirala tu ideju tako što je inkubirala zasićene kiseline sa tri druge aminokiseline za koje se smaralo da su postojale u praistoriji Zemlje. I, kao što je Blek i pretpostavio, molekule su zaista reagovale jedne na druge.
Ali kada je pogledala u mikroskop, Kornelova je shvatila da se dešava nešto posebno.
Same po sebi, zasićene kiseline su se oblikovale u šuplje sfere kako se to i očekivalo. „Izgledale su kao meduze: iznutra providne i sa zamućenim rubovima, plutaju okolo“, rekla je. Kad bi dodala so ili jone magnezijuma ove meduze bi se raspale. Ali ako bi to uradila nakon što doda aminokiseline – zadržale bi svoj oblik. Čak bi se i transformisale u oblik koji Kornelova povezuje sa svjetlećim crvenim lukom. Nekada prazne, sredine bi im se tada ispunile dodatnim slojem zasićenih kiselina – sfera unutar sfere. To nije nikakva slučajnost, već upravo kako izgledaju i naše ćelije, sa membranama koje sadrže dva sloja zasićenih kiselina, a ne jedan.
Stoga, prisustvo aminokiselina ne samo da štiti sfere sačinjene od zasićenih kiselina već ih i pretvara u nešto očigledno više biološko. Zašto?
„Nemamo pojma i ne bismo ni da pretpostavljamo“, kaže Kelerova smijući se.
„Nalazimo se na divnoj tački gdje možemo postavljati nove teorije u svom polju.“
„Ovo je zaista odlično“, tvrdi Kejt Adamala sa Univerzitet u Minesoti. Kako kaže, druga istraživanja su otkrila vezu između bilo koje dvije aminokiseline, membrana od zasićenih kiselina i RNK, ali istraživanje Kornelove i Kelerove efektivno povezuje sve troje. Aminokiseline omogućavaju membranama da postoje u prisustvu magnezijuma, koji je neophodan za funkcionisanje RNK.
Istraživanja porijekla života su uvijek sporna. Naučnici se često ne slažu o stvarima koje se dešavaju upravo sada, a kamoli o stvarima koje su se dešavale prije tri i po milijarde godina. Na primjer, neki istraživači misle da je život počeo u plitkim vulkanskim jezerima, dok drugi smatraju da se morao razviti iz podvodnih otvora. Kelerine ideje obuhvataju oba okruženja.
„Ja sam agnostik“, kaže ona. „Uzbuđena sam što [naša studija] ideju o protoćeliji čini vjerovatnijom bez obzira na okruženje.”
Ona sad istražuje šta se desi nakon što se protoćelija sastavi. Naravno, tu je dio koji sadrži elemente za izgradnju proteina I RNK. „Ali kako se ti pojedinačni elementi udružuju da izgrade veće molekule?“, pita se Kelerova. „To je veoma teško pitanje.“
