Prvi život možda i nije nastao u vodi nego na suhome

Uspjeh naših znanstvenika: postigli su sparivanje baza DNA u krutom stanju – i time bacili novo svjetlo na pitanje postanka života na Zemlji

Nenad Raos subota, 24. listopada 2020. u 06:00

Život je nastao, prva živa stanica je nastala u vodi, u toploj barici punoj svakojakih organskih spojeva i anorganskih soli. To je napisao Charles Darwin u jednom pismu, dodavši jedan veliki ali: „But if (and oh! what a big if!).“ Zbog tog „if“, štoviše zbog „what a big if!“, Darwin se u mislima o najtajnovitijem i najsudbonosnijem događaju u povijesti Zemlje nije usudio ići dalje. No, što dalje? Nije li logično postanak života potražiti u vodi – u pradavnom oceanu ili ovakvoj ili onakvoj bari ili barici – kada je život prešao s mora na kopno, a ne s kopna u more? Vodozemci su nastali od riba, a ne ribe od vodozemaca. Štoviše, na kopnu nije postojao život sve do unazad pola milijarde godina: prve su se kopnene biljke pojavile krajem silura (prije oko 420 mil. godina), a prve životinje, vodozemci u karbonu (prije nekih 300 mil. godina). A život u moru bujao je već tri milijarde godina...

No nije moralo biti baš tako. Postanak života nije jednostavan, ili bolje rečeno jednostepen događaj kako je to zamišljao otac evolucijske biologije (a i mnogi drugi poslije njega). Život nije nastao odjedanput, nego postepeno, dugom evolucijom sve složenijih sustava – kako je prije stotinu godina nagovijestio ruski biolog Aleksandr Ivanovič Oparin, vjerni (i radikalni) sljedbenik darvinizma i, dakako, dijalektičkog materijalizma. U tim je događajima, međutim, i suhoća, a ne samo vlažnost odigrala svoju ulogu.

Mnogo se istraživalo. Sredinom prošloga stoljeća američki je kemičar Sidney Fox pokusom pokazao, a i mnogi kemičari poslije njega, da su molekule proteina najvjerojatnije nastale na suhom, naime kada je otopina aminokiselina (kojih je u pradavnom moru bilo više nego što bismo očekivali) isparavala na vrućoj, vulkanskoj stijeni. Onda su došla mnogobrojna istraživanja koja su pokazala da se i nukleotidi, građevni elementi nukleinskih kiselina, polimeriziraju na suhom, naime na katalitičkim mineralima gline, posebice montmorilonitu. I što još?

Tri autora: Ivan Halasz, Ernest Meštrović i Tomislav Stolar
Tri autora: Ivan Halasz, Ernest Meštrović i Tomislav Stolar

I evo još: naši su znanstvenici iz Instituta Ruđer Bošković (Tomislav Stolar, Stipe Lukin, Krunoslav Užarević i Ivan Halasz) te farmaceutskih tvrtki Pliva (Maša Rajić Linarić)  i Xellia (Ernest Meštrović) u suradnji s njemačkim kemičarem Martinom Etterom uspjeli prirediti parove nukleinskih baza u krutom stanju, dakle bez upotrebe bilo kakvog otapala. O tome su nedavno objavili znanstveni rad u prestižnom časopisu što ga izdaje britanski Royal Society of Chemistry, najstarije kemijsko društvo na svijetu (osnovano 1662. godine). Naslov rada je dosta tehničan, da ne kažem kemičan: „DNA-specfic selectivity in pairing of model nucleobases in the solid state (DNA-specifična selektivnost u sparivanju modelnih nukleobaza u čvrstom stanju)“. Što su naši kemičari radili? Mljeli, miješali, a potom zagrijavali – najjednostavnije rečeno.

Riječ je naime o mlinu s kuglama, no ne onom i onakvom kakvim se tko zna od kojeg stoljeća melju rude, nego o jednom malom, jakom i brzom mlinu koji mrvljenjem i miješanjem praha postiže da molekule čine ono što inače ne bi činile. I kad su u taj mlin stavili derivate nukleinskih baza koji su se od nukleozida (građevnih jedinica DNA) razlikovali po tome što je šećerna skupina (molekula deoksiriboze) bila zamijenjena metilnom stupinom (–CH3), postigli su da su njihove molekule prepoznale jednu drugu onako kako u molekuli DNA jedna baza prepoznaje drugu. U molekuli DNA nasuprot segmenta lanca A-T-C-G, da uzmemo jednostavan primjer, stoji komplementarni segment T-A-G-C; segmenti se prepoznaju po načelu sparivanja baza, A-T i C-G.  Ili točnije, molekula adenina (A) gradi s molekulom timina (T) dvije vodikove veze, dok pri sparivanju citozina (C) s gvaninom (G) dolazi do uspostavljanja triju vodikovih veza. No što se dogodilo s molekulama njihovih metilnih derivata, 1-mC i 9-mG?

Sparivanje 1-mC i 9-mG te baza C i G u molekuli DNA
Sparivanje 1-mC i 9-mG te baza C i G u molekuli DNA

No samom meljavom naši kemičari nisu uspjeli postići sparivanje baza 1-mC i 9-mG. To su postigli tek kada su zagrijali prah na 200 oC.  Kada su pak pomiješali sve četiri metilirane baze (1-mC, 9-mG, 9-mA i 1-mT) dobili su kristale sa sparenim molekulama, 1-mC:9-mG i 9-mA:1-mT. Ovo posljednje sparivanje bilo je malo drugačije nego u molekuli DNA (Hoogsteenovo sparivanje), što je već opisano u literaturi. Sparivanje 1-mC i 9-mG nije moguće postići u vodi jer molekule H2O uspostavljaju vodikove veze s nukleobazama pa razaraju vodikove veze među njima. (Tko je jači taj kvači i u svijetu molekula.)

I što na kraju reći? Sparivanje nukleobaza u čvrstom stanju, ukazuju rezultati u radu naših znanstvenika, stvorilo je evolucijski pritisak koji je od mnoštva sličnih spojeva odabrao baš one prave, naime A, T, C i G. To je još jedan malen no važan korak prema odgonetki tajne postanka života. Korak malen, ali nije li i život nastao malim koracima?

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Autor je i 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih je posljednju, „The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“ (izišlu 2018. godine), napisao na engleskom jeziku. 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.