Ar gyvybė egzistuoja tik mūsų planetoje ir yra unikali ir mes tokie vieninteliai Visatoje? Tai senas kaip ir pati žmonija klausimas.
Žinoma, vienas iš geriausių būdų atsakyti į šį klausimą būtų suprasti, kaip gyvybė išvis atsirado Žemėje. Tai būtų milžiniškas pasiekimas, tuo pačiu galinis padėti sužinoti, kokios sąlygos ir medžiagos yra būtinos sukelti lemtingą perėjimą nuo negyvosios materijos prie gyvybės, ir kokia yra tikimybė, kad taip gali atsitikti ir kitur.
Nors egzistuoja daug idėjų ir hipotezių apie šį fundamentalų klausimą, tikras iššūkis būtų peržengti samprotavimus ir sukurti teoriją, kurią būtų galima patikrinti eksperimentiškai.Tokią teoriją ir mėgina kurti Maiklas Raselas (Michael Russell) su kolegomis iš NASA Reaktyvinio judėjimo laboratorijos Planetų chemijos ir astrobiologijos padalinio.
Raselo hipotezė teigia, kad perėjimas iš negyvosios gamtos prie gyvosios buvo nulemtas ypatingų geofizinių ir geocheminių procesų, vadinamų serpentinizacija, vykusių jaunos planetos vandenyno dugno uolienose prieš daugiau nei 4 milijardus metų, vadinamajame Hadėjaus periode.
Raselo hipotezėje, beje, pirmą kartą paskelbtoje jau prieš 25 metus, yra vienas labai patrauklus aspektas - ji pateikia potencialius paaiškinimus keliems iš pažiūros keistiems procesams, vykstantiems visose gyvose būtybėse. Vienas iš jų – tai, kaip gyvybė gauna energiją. Šis procesas vyksta nuolat užpildant ir ištuštinant ląstelėje esantį rezervuarą, kuriame didžioji dalis vandenilio jonų yra pernešama į kitą membranos pusę, panašiai kaip vanduo pumpuojamas į aukščiau esančią talpą, kad jo energiją būtų galima panaudoti vėliau.
Tada, kaip hidroelektrinės turbinos yra varomos žemyn tekančio vandens, šie jonai yra paleidžiami tekėti atgal per membraną, tik molekulinis „generatorius“ sukuria ne elektros srovę, o cheminę medžiagą, vadinamą ATP, ląstelių „kurą“.
Ląstelės naudoja ATP, gaudamos energiją, būtiną savo gyvybiniams procesams. Oru kvėpuojančių organizmų ląstelės, tame tarpe ir žmonių, naudoja ATP ir deguonį, ir išskiria anglies dvideginį. Kiekvieną dieną mūsų kūnas gamina ir iš karto sunaudoja ATP molekules. Per kelias minutes visas organizmo ATP energijos rezervas yra sunaudojamas ir vėl regeneruojamas. Būtent todėl mes negalime ištverti nekvėpavę ilgiau nei kelias minutes.
Tačiau kodėl ląstelės naudoja tokį keistą ir gana rizikingą netiesioginį energijos gamybos ir naudojimo būdą? Raselo modelis duoda paprastą atsakymą - todėl, kad taip ir prasidėjo gyvybė. Jo nuomone, kol dar nebuvo jokios gyvybės, geocheminiai procesai sukūrė tokiai energijos sistemai reikalingus komponentus- ląstelių dydžio narvelius, apsuptus membranomis ir vandenilio jonų koncentracijos skirtumus skirtingose membranos pusėse.
Taigi, pagal šią teoriją, užgimstančiai gyvybei nereikėjo gaminti šių komponentų, tai buvo geocheminių procesų dovana tektoniškai aktyvioje planetoje.
Tik vėliau, besivystant gyvybei, ląstelės ėmė sudėtingėti, jose ėmė gamintis savos membranos, atsirado specializuotos „jėgainės“ – mitochondrijos, tačiau nemokama gamtos dovana, gauta prieš kelis milijardus metų, taip ir išliko iki šiol, ir energijos gaminimo pagrindu liko vandenilio jonų pumpavimas per membranas.
Šią hipotezę netiesiogiai patvirtina ir šiuolaikinis supratimas apie aplinkos sąlygas ankstyvojoje Žemėje. Tuo metu, kai tik pradėjo formuotis gyvybė, Žemės paviršius buvo beveik visas padengtas vandenyno, kurio vanduo buvo silpnai rūgštus, atmosferoje buvo daug anglies dvideginio, o aktyvūs tektoniniai procesai nuolat keisdavo vandenyno dugno plutą, ją sunaikindami ar padidindami. Beje, tai vyksta ir iki šiol.
Naujai suformuotai vandenyno dugno plutai vėstant, ji tapdavo trapi ir joje susiformuodavo įtrūkimai, kuriais jūros vanduo keliaudavo žemyn, kur jis šildavo ir reaguodavo su uolienose esančiais mineralais, sudarydamas stipriai šarminį tirpalą, kuriame buvo gausu vandenilio ir metano. Taip pat jame būdavo molibdeno, metalo, gyvybiškai būtino visiems organizmams. Šis iki maždaug 100 laipsnių Celsijaus įkaitęs tirpalas pakildavo į paviršių, kur reaguodavo su vėsesniu ir šiek tiek rūgščiu Hadėjaus periodo vandenyno vandeniu. Tose vietose iš nuosėdų formavosi kamino formos dariniai, turintys milijardus mikroskopinių narvelių, atskirtų pusiau pralaidžiomis mineralinėmis membranomis. Tarp šių membranų atsirado pH skirtumas - gradientas - nuo labai šarminio pH ~11 vienoje pusėje iki palyginti rūgštaus vandenyno vandens su pH ~5,5 kitoje.
Įdomiausia, kad šis pH skirtumas beveik tiksliai atitinka visų gyvų organizmų rūgštingumo skirtumą ląstelėse, kurios tarsi įnirtingai nori atkurti pirmykštes gyvybės sąlygas, tik ląstelės mąstais, tokia pačia proporcija ir ta pačia kryptimi gamindamos rūgščią aplinką savo išorėje, o šarminę – viduje.
Po to, kai Raselas pirmą kartą pasiūlė šią teoriją, mokslininkai atrado ir vietų, kur iš vandenyno dugno veržiasi šarminės karšto vandens srovės, o apie jas tiesiog klesti gyvybė, nenaudojanti fotosintezės.
Taigi, išnaudojusi geocheminių reakcijų sukurtą rūgštingumo gradientą energijai išgauti, pirmykštė gyvybė tapo visiškai priklausoma nuo šio, tegu ir nelabai efektyvaus, tačiau prasidėjusio kaip nemokami pietūs proceso. Vėliau evoliucija molekuliniame lygyje sukūrė įvairiausių jo patobulinimų, tačiau gyvybė niekada nenutraukė šios bambagyslės, jungiančios su keturių milijardų metų vandenyno dugno uolienų plyšeliuose atsiradusiomis pirmosiomis gyvybės užuomazgomis.
Vienas iš svarbiausių ir įdomių Raselo hipotezės aspektų yra tas, kad pagrindinės jos idėjos iš esmės gali būti patikrintos.
Šiuo metu mokslininkas su kolegomis planuoja atlikti eksperimentus, kurie padėtų atkurti uolienų serpentizacijos procesus ir pažiūrėti, ar susidarytų mineralinės membranos bei reikiami rūgštingumo gradientai. Šį darbą finansuoja NASA Astrobiologijos institutas.
Kol kas mes žinome tik vieną planetą, kurioje egzistuoja gyvybė. Taigi labai svarbu, kad mes galėtume kūrybingai išgauti maksimalią informaciją apie žemiškosios gyvybės atsiradimą, jei norime suprasti gyvybės egzistavimo galimybes ir kitur Visatoje. Raselo teorija gali padėti intriguojančius pamatus tokiam supratimui, sujungdama termodinamikos, geochemijos ir biologijos pasiekimus mėginant pagrįsti šią hipotezę apie gyvybės atsiradimą.
