Merenpohjan kuumat lähteet todennäköisesti avittivat elämän kemiaa alkumeren oloissa. Kuva: Submarine Ring of Fire 2006 Exploration, NOAA Vents Program, Wikimedia Commons
Merenpohjan kuumat lähteet todennäköisesti avittivat elämän kemiaa alkumeren oloissa. Kuva: Submarine Ring of Fire 2006 Exploration, NOAA Vents Program, Wikimedia Commons

Kokeen perusteella alkuolojen kemikaalit muodostivat aineenvaihduntareittejä.

Alkumeren pohjan kuumia lähteitä matkivissa laboratoriokokeissa elottomat kemikaalit alkoivat reagoida keskenään. Muodostui reaktiosarjoja, jotka muistuttavat eliöiden hapetonta aineenvaihduntaa. Voi siis olla, että aineenvaihduntareittejä kehittyi elottomassa kemiassa jo ennen elämän syntyä ja biologisen evoluution alkamista. Brittitutkijoiden tulokset julkaisi Molecular Systems Biology.

Markus Keller Cambridgen yliopistosta kollegoineen suunnitteli ennallistuksen noin neljän miljardin vuoden takaisesta alkumerestä sekoittamalla sellaisia kemikaaleja, joita sen pohjasedimenteissä aiempien tutkimusten perusteella esiintyi. Kemikaalilientä kuumennettiin 50–90 asteen lämpötiloihin, jotka vastaavat merenpohjan kuuman lähteen tai tulivuoren ympäristöä. Happea liemeen ei päästetty, sillä nykykäsityksen mukaan alkumeri oli hapeton.

Toisin kuin nykymerissä hapettoman alkumeren vedessä oli liuenneena suuria määriä rautaa. Se ja muut metallit sekä fosfaatit vauhdittivat kemiallisia reaktioita hieman samaan tapaan kuin eliöiden entsyymit.

Tutkijat havaitsivat yhteensä 29 sellaista kemiallista reaktiota, jotka muistuttivat eliöiden aineenvaihduntaa.

Keinotekoisessa alkumeressä syntyi reaktiosarjoja, jotka muistuttivat elämän kahta keskeisintä hapetonta aineenvaihduntareittiä:

Glykolyysiä, jota solut käyttävät hapettomaan energiantuottoon.

Pentoosifosfaattireittiä, joka sekin tallentaa hapettomasti kemiallista energiaa ja joka lisäksi tuottaa proteiinien ja nukleiinihappojen raaka-aineita.

Tutkijat näkivät alkumeressään syntyvän esimerkiksi riboosi-5-fosfaattia, pentoosifosfaattireitin tuotetta, jota solut käyttävät rna:n valmistamiseen.

Elämän aineenvaihdunnan peruspalikat saattoivat siis olla paljolti koossa jo siinä vaiheessa, kun rna:t tai muut ensimmäiset informaatiota tallentaneet molekyylit alkoivat valmistaa elämän kemiaa sääteleviä entsyymejä.

Kaksi mahdollista biokemiallisen evoluution alkua. (1) Ensin saattoi elottoman kemian tuloksena muodostua rna-molekyylejä ja niistä rna-maailma, jossa rna-molekyylit kopioivat itseään. Vähitellen ne alkoivat valmistaa proteiineja entsyymeiksi, joiden vauhdittamina syntyivät elämän aineenvaihdunnan eli metabolian reitit. (2) Nyt julkaistu tutkimus tukee toista vaihtoehtoa, jossa eloton kemia ensin muodosti aineenvaihduntareittejä. Niiden tuloksena syntyi rna:ta, joka alkoi valmistaa entsyymiproteiineja. Kuva: Molecular Systems Biology