Da bi nastala prva živa stanica, ah ne prva bakterija, jer današnje su bakterije nastale nakon četiri milijarde godina evolucije od prvih živih stanica ili – kako to danas znanstvenici vole reći od LUCA (Last Universal Common Ancestor, zadnji sveopći zajednički predak), da bi svoje neznanje prikrili učenim riječima – moralo je prije nje postojati nešto drugo. To „nešto drugo“ bilo je na granici živog i neživog (opet fraza za prikrivanje neznanja). Bili su to pionirski organizmi, ali kakvi su to „organizmi“ bili ne znamo, možemo samo slutiti. No kakvi bili da bili morali su na neki svoj način biti živi. Morali su sintetizirati složene organske spojeve i to prije svega one koje nalazimo u živim bićima, a ti su šećeri, lipidi, proteini i nukleinske kiseline.

Da bi to mogli činiti morali su katalizirati kemijske reakcije i crpiti energiju iz okoliša. Od prvog uvjeta, da kataliziraju kemijske reakcije, ne može se pobjeći: organski spojevi prepušteni sami sebi na kraju se pretvaraju u smjesu tisuća, ako ne i milijuna vrsta molekula, u nešto nalik smoli ili katranu. Da bi se taj nemio tijek događaja preduhitrio – kako se ne bi ostvarilo crno načelo „Tierchemie ist Schmierchemie“ – potrebni su katalizatori. Oni će napraviti selekciju reakcija i time kemijske promjene usmjeriti u željenom smjeru, baš kao što to čine enzimi (biokatalizatori) u živoj prirodi. Bez drugog uvjeta, uvjeta dotoka energije ne bi pak mogle nastati složene molekule, posebice polimeri nukleotida i aminokiselina, dakle  nukleinske kiseline i proteini. No, kakav katalizator i kakva energija?

Novi odgovor na staro pitanje nedavno je dala američka znanstvenica  Helen Greenwood Hansma iz Kalifornijskog sveučilišta (University of California) iz Santa Barbare. U još neobjavljenom radu (kojeg sam primio u rukopisu) naslova „Did biology emerge from biotite in micaceus clay? (Je li biologija proizašla iz biotita u liskunskoj glini?)“ smjestila je sve tajne postanka života u jedan jedini mineral, u biotit. Taj mineral tamne boje i staklastog sjaja pripada skupini tinjaca ili liskuna, silikatima lisnate strukture, filosilikatima.

Zašto baš biotit? Biotit, istina, katalizira polimerizaciju nukleinskih kiselina, no to čine i drugi filosilikati. Mnogo se u tom smislu istraživao montmorilonit, mineral gline koji nastaje djelovanjem vode na pršinac (tuf). No za razliku od montmorilonita koji povećava volumen kada se smoči (pa se zbog toga koristi kao pijesak za mačke), biotit iako u sebe prima vodu, ne bubri. I još važnije, najvažnije: kada se izloži mehaničkom naprezanju, njegovi se milijuntinku milimetra debeli silikatni slojevi ponašaju poput elastičnog pera. Pomak tog pera za 0,1 nm dovoljan je da dvije molekule dođu toliko blizu da uspostave novu kovalentnu vezu i tako stvore novu molekulu. Za to je, izračunali su pedantni znanstvenici, potrebna sila od 170 pN (pikonjutna, 10^-12 N). Konstanta sile takvog pera bila bi, može se izračunati iz Hookeova zakona, 1,7 N/m.

I tako smo, eto, preko silikatnih slojeva biotita ušli u područje mehanokemije, nove znanstvene grane u kojoj se mehničkim postupkom, tarenjem i mrvljenjem u mlinu s kuglama stvaraju nove molekule. Time se bave i naši znantvenici, pa su nedavno – o čemu sam pisao na ovim mrežnim stranicama – uspjeli sintetizirati molekule važne za postanak života. No umjesto mlinom s kuglama priroda se poslužila morskim valovima.

Udaranje morskih valova o stijene koje sadržavaju biotit nije samo razmicalo njegove slojeve, nego je i između njih dovodilo vodu. S vodom su dolazili organski spojevi te se na njima adsorbirali. Kada se more povuklo, biotit se sušio, a to je pogodovalo polimerizaciji. Tako su nastajale preteče proteina i nukleinskih kiselina. Na kraju, kada je udaranje valova poremetilo slojeve u mineralu, u njemu su nastale pukotine u kojima su se formirale kapljice s membranom, sposobne za samostalan život. Nastala je LUCA.

Nije to sve. Pažljiva usporedba biotita sa živim bićima otkriva napadne sličnosti. Silikatni slojevi sadržavaju osim silicija, kisika i vodika još magnezij i željezo, a slojeve drže – poput veziva – kalijevi ioni, K⁺. Sva su tri navedena metala biogeni elementi: željezo je bilo prvi katalizator, magnezij stablizira nukleinske kiseline, a kalija ima u svim organizmima i to – slučajno ili ne – u istoj koncentraciji (0,1 mol/L) kao u međuslojevima biotita.

Biotit je mineral najstarijeg postanka. Sigurno ga je bilo u prvom geološkom razdoblju, u hadeju. Ima ga i na Marsu. Mars je u svojoj mladosti bio planet sličan Zemlji, i tamo se more razbijalo o stijene bogate biotitom. Stoga u njima, u njihovom biotitu treba tražiti tragove života na Crvenom platetu – i prvog života na Zemlji.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih i jedne o postanku života, „The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“, izišle 2018. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.