Η ζωή στη Γη πιθανότατα ξεκίνησε σε ζεστούς, υποβρύχιους “χημικούς κήπους”, γεμάτους υδρογόνο και σίδηρο. Ερευνητές στη Γερμανία κατάφεραν να προσομοιώσουν αυτές τις συνθήκες σε ένα φιαλίδιο και διαπίστωσαν πως οι αρχαϊκές μορφές ζωής που ζουν σήμερα στα βαθιά νερά, μπορούν να ευδοκιμήσουν σε αυτές τις αρχέγονες συνθήκες.
Σήμερα, η ζωή είναι βαθιά ριζωμένη στην πλανήτη και για αυτό είναι δύσκολο να καταλάβουμε την προέλευσή της. Η ζωή είναι τόσο συνδεδεμένη με όλο τον πλανήτη, που πολύ λίγα πλάσματα ζουν απευθείας από τις πρώτες ύλες της Γης και αυτό συμβαίνει εδώ και πάρα πολύ καιρό.
Όμως, οι πρώτες μορφές ζωής του πλανήτη θα έπρεπε να αρκεστούν σε ότι είχε να προσφέρει το ορυκτό περιβάλλον για τη διατροφή τους. Μέχρι τότε υπήρχε ελάχιστο οξυγόνο και καθόλου φωτοσύνθεση. Όμως ακόμα και σήμερα, αρκετοί οργανισμοί βαθέων υδάτων συνεχίζουν να ζουν με αυτόν ακριβώς τον τρόπο, επιβιώνοντας σε υδροθερμικές πηγές και σε βάθη που οι ακτίνες του ήλιου δε μπορούν να φτάσουν.
Δανειζόμενοι ηλεκτρόνια από το υδρογόνο καθώς αυτό εκπέμπεται από τον πυρήνα της Γης, τα μικρόβια των βαθέων υδάτων ακολουθούν μια συνταγή αρχαιότερη από τα γονίδια που χρησιμοποιούν για να το διεξάγουν, που ονομάζεται οδός ακετυλο-CoA. Αυτή είναι η μόνη μέθοδος για τη δέσμευση άνθρακα, μέσω της επεξεργασίας του ανόργανου άνθρακα σε οργανικές ενώσεις, που μπορεί να δημιουργηθεί χωρίς ένζυμα.
Όταν δημιουργήθηκε για πρώτη φορά αυτή η “συνταγή”, στα πρώτα χρόνια της Γης, το θαλασσινό νερό περιείχε πολύ περισσότερο διαλυμένο σίδηρο από ότι σήμερα. Έτσι, αυτή η ομάδα από τη Γερμανία, με επικεφαλής τη γεωχημικό Βανέσα Χέλμπρεχτ του Πανεπιστημίου Λούντβιχ Μαξιμίλιαν του Μονάχου, θέλησε να δει πόση διαφορά θα έκανε αυτός ο διαλυμένος σίδηρος, προσομοιώνοντας αυτές τις αρχαίες συνθήκες του ωκεανού, στο εργαστήριο.
«Η αρχαία εμφάνιση υδροθερμικών κοιτασμάτων πλούσιων σε θειούχο σίδηρο στο γεωλογικό αρχείο εκτείνεται μέχρι την πρώιμη Αρχαϊκή εποχή (4 έως 3,6 δισεκατομμύρια χρόνια πριν) και παρουσιάζει απολιθωμένα χαρακτηριστικά που ερμηνεύονται ως μερικές από τις παλαιότερες υπογραφές για ζωή στη Γη», γράφει η ομάδα στην εργασία της που περιγράφει το πείραμα.
«Ωστόσο, οι συνδέσεις μεταξύ της αβιοτικής παραγωγής H2 [διυδρογόνου] σε χημικούς κήπους θειούχου σιδήρου που προσομοιώνουν [αρχέγονα] υδροθερμικά συστήματα και την πρώιμη ζωή είναι σπάνιες».
Ένα μονοκύτταρο μικρόβιο της τάξης των αρχαίων, το Methanocaldococcus jannaschii , επιλέχθηκε ως το υποκείμενο δοκιμής για αυτές τις προσομοιώσεις. Συλλέχθηκε από μια υδροθερμική οπή, στα ανοιχτά των δυτικών ακτών του Μεξικού, το οποίο βασίζεται στο διοξείδιο του άνθρακα και το υδρογόνο, ως κύριες πηγές ενέργειας.
«Το αβιοτικό H2 ήταν ένας δυνητικά σημαντικός δότης ηλεκτρονίων και το CO2 χρησίμευσε ως βασικός δέκτης ηλεκτρονίων για τα πρώτα κύτταρα», δήλωσε η ομάδα. «Οι αναερόβιοι οργανισμοί που χρησιμοποιούν την εξαρτώμενη από H2 αναγωγική οδό ακετυλο-CoA για τη σταθεροποίηση του CO2 είναι σύγχρονοι εκπρόσωποι που έχουν διατηρήσει ίχνη των πρώτων μεταβολισμών».
Τα πειράματα τοποθέτησαν το M. jannaschii σε μια μικρογραφία των υδροθερμικών αεραγωγών βαθέων υδάτων, σε ένα γυάλινο φιαλίδιο. Σε αυτό έγινε έκχυση σουλφιδικού υγρού, σε νερό χωρίς διαλυμένο οξυγόνο, σχηματίζοντας ένα μαύρο ίζημα που εξελίχθηκε σε μια δομή καμινάδας μέσα σε μόλις 5-10 λεπτά.
Σε υψηλές θερμοκρασίες, ο σίδηρος και το θείο σε αυτόν τον μικρόκοσμο σχημάτισαν τα ορυκτά θειούχου σιδήρου μακιναουίτη (FeS) και γρεϊγίτη (Fe3S4). Όταν το θειούχο σίδηρο ενυδατώνεται, απελευθερώνει H2. Αν και αρκετά διαφορετικό από το σύγχρονο περιβάλλον όπου βρίσκεται, το M. jannaschii άκμασε σε αυτό το παράξενο περιβάλλον.
«Στην αρχή, περιμέναμε μόνο μικρή ανάπτυξη, καθώς δεν προσθέσαμε στο πείραμα επιπλέον θρεπτικά συστατικά, βιταμίνες ή ιχνοστοιχεία», λέει η Χέλμπρεχτ . «Εκτός από την υπερέκφραση ορισμένων γονιδίων του μεταβολισμού του ακετυλο-CoA, τα αρχαία (μονοκύτταροι οργανισμοί) στην πραγματικότητα αυξήθηκαν εκθετικά».
Τα κύτταρα του M. jannaschii έτειναν να κρέμονται ακριβώς δίπλα στα σωματίδια mackinawite, σε μια σκηνή που μοιάζει πολύ με μερικά από τα πρώτα ίχνη ζωής που βρέθηκαν σε απολιθωμένα δείγματα. Έτσι, αυτοί οι αρχαίοι χημικοί κήποι, θεωρούνται από την ομάδα πως τροφοδότησαν τα πρώτα μικρόβια στη Γη.
Αυτό αποδεικνύει ότι η συνταγή για τον μεταβολισμό του ακετυλο-CoA προέκυψε από τα ακραία και ενεργειακά περιορισμένα περιβάλλοντα όπου η ζωή στη Γη μπορεί να άναψε τις πρώτες της σπίθες ζωής.
«Η μελέτη μας υποδεικνύει τους χημικούς κήπους μακιναουίτη και γκριγκίτη ως πιθανά εκκολαπτήρια ζωής, αρχέγονα περιβάλλοντα που θα μπορούσαν θεωρητικά να υποστηρίξουν μια συνεχή εξέλιξη των πρώτων μεταβολικών κυττάρων», καταλήγουν οι συγγραφείς.
