Znate li za onaj lijepi kemijski pokus koji se, nažalost, na satu kemije rijetko vidi a zove se „kemijski vrt“? Otiđite dakle u trgovinu boja i lakova i kupite tamo bocu vodenog stakla,  istog onog što ga za svoj posao koriste pećari. Razrijedite ga destiliranom vodom u omjeru 1:2, a potom u njega stavite kristal modre, ili - još bolje - zelene galice. Iz njega će izrasti nešto nalik na travu ili gljivu.

Tim i sličnim pokusima francuski je biolog Stephane Leduc početkom prošloga stoljeća pokušavao dobiti život u epruveti. Glupo do bola. Jer ako nešto izgleda poput gljive i raste poput gljive ne znači da je gljiva. I poslije eksplozije nuklearne bombe ostaje nešto nalik na gljivu, pa ipak se ne može ni brati ni jesti.

Unatoč svemu upravo je rečenicom toga koliko zaboravljenog toliko i ismijanog francuskog znanstvenika američki astrobiolog Michael J. Russell započeo svoj najnoviji rad o postanku života: „Lanac života je nužno kontinuiran, na jednom se kraju nalazi mineral a na drugom najsloženiji organizam“. Kako i ne bi tako počinjao kad se čitava njegova, Russellova teorija temelji – vjerovali ili ne – na Leducovim gljivama!

Ima jedna predodžba o postanku života na koju se jednako mršte vjernici („Ne može to bez Boga.“) koliko i znanstvenici. Ona polazi od osvjedočenja kako u prirodi nastaju organski spojevi i bez djelovanja žive stanice. To je točno. No nije točno da je time sve riješeno. Nije zapravo riješeno ništa, jer život nije potekao iz nekakve otopine, primordijalne juhe, smjese svih mogućih organskih spojeva nego od nečega što je na ovaj ili onaj način imalo svojstvo živoga. Jer ako pomiješate kemikalije, bilo koje i kakve organske spojeve, pa ih pustite da međusobno reagiraju na kraju ćete dobiti  katran. To proizlazi iz zakona kemijske ravnoteže. „Hello tar, goodbay life“, kaže Russell u svom najnovijem (dvodjelnom) radu što ga je s Elbertom Branscombom nedavno objavio u časopisu BioEssays.

Život se temelji na kemiji, ali ne onoj iz epruvete. Život kemiju nadilazi, jer se ne temelji na kemijskoj ravnoteži (s kojom završavaju sve kemijske reakcije u laboratoriju) nego baš obratno – na kemijskoj neravnoteži. Ili da se poslužimo Russellovim terminom, život se osniva na „stanjima dalekima od ravnoteže“ (far-from-equilibrium, FFE). Živa bića su, kaže Russell, „makromolekularni mehaničko-kemijski strojevi“, drugim riječima ona pretvaraju – poput benzinskog motora – kemijsku energiju u mehaničku, no i koriste energiju za izgradnju novih organskih spojeva. O tim molekularnim strojevima, djelima prirodne nanotehnologije, znamo dosta (ionske pumpe, organele za pokretanje cilija…) no kako su nastali? Ili, kažimo to drugačije: kako su izgledali prvi molekularni strojevi s kojima je započeo život na Zemlji?

Russellova prva stanica vrlo sliči na Leducovu gljivu. (Russell je svoja istraživanja započeo baš pokusima s kemijskim vrtom.) Prema njegovoj teoriji, teoriji AHV (submarine alkaline hydrothermal vent theory) sve je počelo s vrelim izvorima (hydrothermal vents) na dnu mora (submarine) iznad kojih se stvorio sloj zelene hrđe. Bila je to smjesa hidroksida, hidrata i karbonata željeza (pretežno u oksidacijskom stanju +II), da ne davim čitatelja kompliciranom kemijskom formulom iz Russellova rada. U tom su se sloju, stijeni nalazili i sulfidi željeza te drugih teških metala, prije svega mangana i molibdena, pa je sadržavala – da zadovoljim znatiželju i onih upućenih u mineralogiju – makinavit, pirhotit, greigit te malo molibdenita. Kako je radio taj „hrđavi“ stroj?

Najvažniji dio stroja bili su kanalići kroz koje je lužnata voda hidrotermalnog izvora (pH = 11) dolazila u dodir s kiselom vodom pradavnog (hadejskog) oceana (pH = 5-6). Pomiješate li lužinu s kiselinom, znamo iz kemije, otopina će se zagrijati, oslobodit će se energija u obliku topline. No kako tu energiju, energiju neutralizacije – baš kao energiju gorenja benzina u motoru – upotrijebiti za nešto korisno, u ovom slučaju za sintezu kemijskih spojeva?

Kroz nanometar široke kanaliće (nano-channels) u jednom su smjeru tekli vodikovi ioni (H⁺), a u drugom elektroni (e^-). Oni su proizvodili kemijski učinke, primjerice redukciju nitrata (NO₃^-) u nitrite (NO₂^-)… sve do amonijaka (NH₃).

Kažem „primjerice“ jer je teško zamisliti, a još teže eksperimentalno pokazati i dokazati sve što se zbivalo u tim kanalićima. I lužnata (hidrotermalno vrelo) i kisela otopina (morska voda) bile su bogate kako organskim tako i anorganskim spojevima. Čega je sve bilo u hadejskom oceanu ne možemo pouzdano znati, no znamo da današnji hidrotermalni izvori sadržavaju vodik, metan, ugljikov dioksid  i sumporovodik, a usto soli mravlje kiseline. Od toga su mogli nastati svakojaki organski spojevi.

Autori spomenutog članka uspoređuju stroj od zelene hrđe s mlaznim motorom, no važnije je uočiti njegovu sličnost sa staničnom membranom.  Ključne biokemijske reakcije pokreće naime tok vodikovih iona kroz njezine pore (kemiosmotska teorija). „Ne možemo dozvoliti da je [lanac života] prekinut na bilo kojem mjestu, ili da nedostaje veza između žive i nežive prirode“, napisao je prije stotinu godina Leduc. Tu tajnu vezu između života i minerala uspostavlja upravo zelena hrđa na dnu pradavnog oceana.

Nenad Raos, rođen u Zagrebu 1951. godine, je kemičar, umirovljeni znanstveni savjetnik u trajnome zvanju. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti: napisao je na stotine znanstveno-popularnih članaka, sedam je godina bio glavni urednik Prirode, a sada je urednik rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji. Autor je sedam izložbi u Tehničkom muzeju Nikola Tesla u Zagrebu te 13 znanstveno-popularnih knjiga. Temu ovog članka dodiruje njegova posljednja knjiga The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life, koju je ove godine izdalo Hrvatsko društvo kemijskih inženjera i tehnologa (HDKI).