Život je počeo s poliesterima

Od poliestera (PET) je napravljena boca za mlijeko, no poliesteri bi mogle biti tvari od kojih je nastalo sve što živi na Zemlji – pa i krava čije se mlijeko nalazi u boci. Kažu znanstvenici.

Nenad Raos subota, 20. ožujka 2021. u 06:00

Svi se znanstvenici slažu da je prije prve žive stanice (nešto nalik na stanicu današnjih bakterija) moralo postojati nešto drugo, nešto mnogo, mnogo, mnogo jednostavnije. No što je to bilo – e u tome se mišljenja znanstvenika razilaze. Još je prije stotinu godina ruski biolog Aleksandr Ivanovič Oparin iznio hipotezu da su prethodnice života na našem planetu bile koacervatne kapljice – kapljice bjelančevina (polipeptida). U tim su kapljicama, kaže Oparin, bili i polipeptidi s katalitičkim svojstvima – preteče enzima. Kapljice su mogle razmjenjivati tvari sa svojom okolinom, dijeliti se i – najvažnije – mogle su evoluirati u sve složenije i složenije tvorbe dok na kraju nije nastala LUCA. Što je LUCA? LUCA je kratica za „the last universal common ancestor“, dakle svima nam zajednički predak, prva stanica od koje je potekao sav život na Zemlji.

Sve je to lijepo, ali... Nevolja je u tome što svi proteini (i praproteini) ne stvaraju Oparinove kapljice (koacervate), a oni koji ih stvaraju, stvaraju ih pri posebnim uvjetima. No kako su nastali proteini? Još je šezdesetih godina prošloga stoljeća američki kemičar Sidney Fox pokazao da proteinima slične tvari mogu nastati grijanjem i isparavanjem otopina aminokiselina, ali, opet jedan „ali“: takvim kemijanjem ne nastaju samo polimeri aminokiselina, dakle proteinima slične tvari, nego i mnogi drugi organski spojevi. I kako sad od takve smjese svega i svačega dobiti koacervate, i to takve u kojima ima i katalizatora?

Odgovor na to pitanje, na neočekivan način nudi znanstveni rad „Incorporation of basic α-hydroxy acid residues into primitive polyester microdropletes for RNA segregation“ objavljen ove godine u časopisu Biomacromolecules. Ukratko, šesteročlana međunarodna ekipa znanstvenika uspjela je napraviti kapljice mikrometarskih dimenzija („microdroplets“) kopolimerizacijom jedne bazične alfa-hidroksi kiseline s više drugih hidroksi kiselina. Štoviše, kapljice su mogle u sebi koncentrirati RNA iz otopine („RNA segregation“). Što su napravili?

 Pomiješali su dva kemijska spoja, dvije kiseline koje su na istom ugljikovom atomu (2- ili α) imale vezanu hidroksilnu (-OH) i karboksilnu (-COOH) skupinu. Nakon tjedan dana grijanja na 80 oC otopina je isparila, a iza nje je zaostao bijeli prah, prah poliestera. Dodatkom vode od praha je nastala emulzija, kapljice organske tvari raspršene u vodi.

Jedna od dviju kiselina bila je 4-amino-2-hidroksibutanska kiselina (4a2h). Ta kiselina ima u molekuli još i amino skupinu (-NH2), pa je stoga „bazična“ („basic α-hydroxy acid residues“ u naslovu rada). Ona je bila presudna za privlačenje molekula RNA u mikrokapljicu. Jasno je zašto. RNA je kiselina (ribonukleinska kiselina), a kiseline s bazama čine soli.

Ostalo su finese. Kombinacije bazične 4a2h s drugim hidroksi kiselinama davale su i nisu davale mikrokapljice. Iz kombinacije 4a2h s mliječnom kiselinom (LA) proizašle su kapljice samo ako je u smjesi bilo manje od 20 % 4a2h. Najbolji su rezultati postignuti s fenilmliječnom kiselinom (PA). Ona je stvarala mikrokapljice u najširem rasponu, od 0 do 80 % 4a2h u smjesi.

Fluorescencija otkriva da je u kapljicu ušla RNA. Dužina crtice : 100 mikrometara (0,1 mm)
Fluorescencija otkriva da je u kapljicu ušla RNA. Dužina crtice : 100 mikrometara (0,1 mm)

A što je s RNA? Autori spomenutog rada su istraživali nakupljanje kratkih, jedva petnaest nukleodida dugih molekula RNA. Molekula RNA je na kraju lanca imala vezani fluorescentni obilježivač – da bi kapljica svjetlucala kada u nju uđe RNA. Ne samo to. U kapljica su iz otopine ušle i mnogo veće molekule RNA, molekule ribozima („RNA-enzima“). Ribozim je, kao i enzim, biokatalizator ali nije protein nego ribonukleinska kiselina. I tako su, eto, dobili Oparinove „žive“ kapljice – ali bez proteina. 

Je li tako nastao život? Ako bismo poveli za zagovornicima hipoteze RNA-svijeta (RNA world), ovi rezultati nisu daleko od konačnog rješenja pitanja postanka života. Jer prve su biološki funkcionalne molekule, govori taj nauk, bile molekule RNA od kojih se se kasnije razvile sve ostale, prije svega DNA i proteinski enzimi. Doima se uvjerljivo, no potreban je dokaz. Možda ga nađemo na Marsu ako nam rover Perseverence pošalje spektar s linijama karakterističnima za estere. Možda, možda – možda i bude tako.

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir i ABC tehnike. Autor je 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.