Οι ηφαιστειακές θερμές πηγές ως λίκνο της ζωής στη Γη

Werner Van Steen

Η Μεγάλη Πρισματική Πηγή στο εθνικό πάρκο Γέλοουστοουν των ΗΠΑ. Σύμφωνα με μια θεωρία, σε πηγές σαν αυτή εμφανίστηκαν οι πρώτοι ζωντανοί οργανισμοί

Η περιοχή Πιλμπάρα στην Αυστραλία είναι σήμερα μια ξηρή, βραχώδης, ερημική περιοχή. Δεν ήταν πάντα έτσι. Οπως αποδεικνύει ο σχηματισμός Ντρέσερ, ηλικίας 3,48 δισεκατομμυρίων ετών, υπήρχαν εκεί ηφαιστειακά γκέιζερ. Απ' αυτά δημιουργήθηκαν οι γκεϊζερίτες, γεμάτα πτυχώσεις πετρώματα. Εκεί βρέθηκαν φυσαλίδες αερίου, εγκλωβισμένες αρχικά σε ένα κολλώδες φιλμ, δημιούργημα κάποιου είδους πρωτόγονων βακτηρίων. Οι επιστημονικές ανακαλύψεις στο σχηματισμό Ντρέσερ το 2014, έδωσαν νέα ώθηση στη θεωρία των ηφαιστειακών θερμών πηγών και λιμνών, ως λίκνο εμφάνισης της ζωής στη Γη.

Η άλλη εκδοχή

Η θεωρία αυτή δημιουργεί μια εικόνα πολύ διαφορετική για την προέλευση της ζωής από εκείνη που κυριαρχεί από το 1977 και μετά, όταν ανακαλύφθηκαν υδροθερμικές πηγές στον Ειρηνικό Ωκεανό, από τις οποίες εκλύεται θερμό νερό με διαλυμένα ορυκτά του σιδήρου και του θείου, μεθάνιο, υδρόθειο κ.ά. Γύρω τους διαπιστώθηκε ότι υπάρχει πλούσιο οικοσύστημα από πρωτόγονα βακτήρια και μεγάλα σκουλήκια. Οι πηγές αυτές θεωρήθηκαν ικανές να προσφέρουν την ενέργεια, τα θρεπτικά συστατικά και την προστασία που θα χρειάζονταν οι πρώτες μορφές ζωής σε μια άστατη και επικίνδυνη νεαρή Γη. Πολλοί επιστήμονες επισήμαναν την αδυναμία αυτού του σεναρίου: η τεράστια ποσότητα νερού των ωκεανών θα αραίωνε πολύ γρήγορα τυχόν συγκεντρώσεις οργανικών ουσιών, πριν προλάβουν να σχηματίσουν κάποιο είδος κυτταρικής μεμβράνης και να εμφανίσουν μεταβολισμό. Μια σύγχρονη εκδοχή της θεωρίας των ωκεάνιων υδροθερμικών πηγών ως λίκνο της ζωής προσπαθεί να αντιμετωπίσει την αδυναμία αυτή, χωρίς όμως κι αυτή να πείθει όλους τους επιστήμονες.

Καμτσάτκα

Απ' τη μεριά τους οι ερευνητές που υποστηρίζουν τη θεωρία των ηφαιστειακών θερμών πηγών για την προέλευση της ζωής, εκτιμούν ότι είναι πιο στέρεη από εκείνη των ωκεάνιων υδροθερμικών πηγών. Πριν τις ανακαλύψεις στο σχηματισμό Ντρέσερ, άλλοι επιστήμονες είχαν επισκεφθεί τις πηγές στο ηφαίστειο Ματνόφσκι, στη χερσόνησο της Καμτσάτκα στη Ρωσία, ως περιοχή με συνθήκες που μοιάζουν αρκετά με εκείνες της Γης πριν την εμφάνιση της ζωής. Οι εναλλαγές ξηρασίας και υγρασίας στις λιμνούλες του ηφαιστείου θεωρούνταν ότι θα συνέβαλαν στη συνένωση οργανικών ενώσεων για το σχηματισμό πολυμερών, όπως τα νουκλεϊνικά οξέα, αλλά και λιπιδίων που μπορούν να σχηματίσουν μικροσκοπικές φούσκες, ως ένα είδος κυτταρικής μεμβράνης. Σε μια λιμνούλα έριξαν μείγμα από τα τέσσερα βασικά αμινοξέα της ζωής, τις τέσσερις χημικές βάσεις που υπάρχουν στα νουκλεϊνικά οξέα, φωσφορικά άλατα, γλυκερίνη και ένα λιπίδιο, όλα ουσίες που συντίθενται αυθόρμητα στη φύση. Μέσα σε λίγα λεπτά σχηματίστηκε αφρός, αποτελούμενος από αμέτρητες μικροσκοπικές φυσαλίδες, που περιείχαν μέρος των ουσιών. Το πείραμα συνεχίστηκε στο εργαστήριο υποβάλλοντας τον αφρό σε διαδοχική ξήρανση και ύγρανση πάλι και πάλι, σε συνθήκες ανάλογες με της Καμτσάτκα. Το αποτέλεσμα ήταν πολυμερή αποτελούμενα από 10 έως 100 νουκλεοτίδια, που έμοιαζαν πολύ με ένα από τα νουκλεϊνικά οξέα, το RNA. Τα πολυμερή αυτά περικλείονταν μέσα σε μικροσκοπικά διαμερίσματα, σαν πρωτοκύτταρα. Αν και δεν ήταν ζωντανά έδειχναν μια εξελικτική πορεία μέσα από ελάχιστους κύκλους επανάληψης.

Από το Ντρέσερ στον Εγκέλαδο

Τα ευρήματα στο Ντρέσερ δείχνουν να είναι αποτέλεσμα τέτοιων κύκλων ξηρασίας - υγρασίας, στους οποίους παρεμβάλλεται και μια περίοδος που το υλικό έχει τη μορφή ρευστής γέλης (τζελ). Αυτή αυξάνει τη δυνατότητα ανταλλαγής ουσιών μεταξύ των πρωτοκυτταρικών μορφών, διευκολύνοντας τα πιο ανθεκτικά να επιβιώσουν στην περίοδο της ξηρασίας που ακολουθεί. Τα πετρώματα του Ντρέσερ είναι πλούσια σε βόριο, κρίσιμο για τη σύνθεση της ριβόζης των νουκλεϊνικών οξέων, φωσφορικές ενώσεις απαραίτητες για το σχηματισμό νουκλεϊνικών οξέων και ATP (τριφωσφορική αδενοσίνη), ψευδάργυρο και μαγγάνιο, συστατικά πολλών ενζύμων στο κυτταρόπλασμα όλων των σημερινών ειδών ζωής. Πριν δισεκατομμύρια χρόνια, στο Ντρέσερ υπήρχαν εκατοντάδες θερμές λιμνούλες ή καθεμιά με λίγο διαφορετική θερμοκρασία και σύνθεση του μίγματος που περιείχε. Με έναν απλό υπολογισμό προκύπτει ότι σε ένα γεωθερμικό πεδίο επιφανείας με 100 πηγές μπορούν να υπάρξουν 1.000.000 συνδυασμοί συνθηκών κάθε έτος. Κάθε λιμνούλα γίνεται δοκιμαστικός σωλήνας, όπου συνδυασμοί μορίων έχουν τη δυνατότητα να εξελιχθούν σε ένα αυτοσυντηρούμενο χημικό σύστημα. Το ίδιο συνέβαινε σε πολλές περιοχές της πρώιμης Γης. Κατά μια εκτίμηση θα αρκούσαν 10 εκατομμύρια χρόνια μετά το σχηματισμό στερεού φλοιού και την εμφάνιση υγρού νερού στην επιφάνεια (σ.σ. δηλαδή την εποχή πριν 4 δισ. χρόνια), ώστε οι συνδυασμοί να οδηγήσουν σε κάποιες πρωταρχικές μορφές ζωής.
Η θεωρία των ηφαιστειακών θερμών πηγών ως λίκνο της ζωής στη Γη χρειάζεται περισσότερα στοιχεία από πιο εκλεπτυσμένα πειράματα προβιοτικής χημείας μέσα σε μεγάλο αριθμό από μικρές θερμές λιμνούλες, ώστε να μελετηθεί πώς σχηματίζονται τα σύνθετα χημικά μόρια και πώς αλληλεπιδρούν και συνδυάζονται όταν περικλείονται μέσα σε μεμβράνες. Πριν φανεί πιο καθαρά η εικόνα για το λίκνο της ζωής, πολλά ακόμα κομμάτια του παζλ πρέπει να μπουν στη θέση τους. Ομως, σύμφωνα με τους επιστήμονες που υποστηρίζουν τη θεωρία, το σημαντικό είναι ότι έχει αρχίσει να διαφαίνεται το μονοπάτι που θα οδηγήσει στη λύση του θεμελιώδους ερωτήματος.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: «Scientific American»