Evoluția, o poveste fără sfârșit

In urma cu 4 miliarde de ani, una dintre cele mai tinere (pe atunci) planete ale Universului, era un loc extrem de violent. Mii de meteoriti loveau un Pamant macinat de eruptii vulcanice care inca isi revenea dupa mega-impactul in urma caruia dobandise Luna. O atmosfera de gaze toxice intregea imaginea unui corp ceresc pe care nimeni nu si-ar fi putut imagina atunci ceea ce avea sa se intample. Si totusi, odata ce apa a tins sa se adune, formand intai lacuri, apoi oceane, ceva miraculos a luat nastere, prima sau poate primele molecule capabile de autoreplicare. Apoi, in timp, a aparut prima celula simpla. Incepea ceea ce astazi numim miracolul vietii. Restul … e istorie.

Ganditi-va la un vas cu apa in care ati introdus cu ajutorul unui recipient special, cateva milioane de bacterii din aceeasi specie. Apoi, in acelasi vasa, ati turnat cateva picaturi dintr-o substanta antibiotica. In scurt timp, bacteriile ar trebui sa fie moarte. Dar daca una din ele sau poate chiar mai multe, genereaza o metoda prin care sa reziste atacul antibioticului, urmand sa transmita aceasta informatie urmasilor? Ei bine, tocmai ati asistat la ceea ce se numeste evolutie. Deja, in acel vas, o noua bacterie rezistenta in fata unui anumit factor extern a luat nastere chiar sub ochii vostri.

Lucrurile nu sunt insa atat de simple. Chiar daca acele particule primordiale autoreplicante despre care pomeneam la inceputul articolului au evoluat de-a lungul miliardelor de ani in forme de viata inteligente, capabile sa se intrebe ce anume a generat intregul proces evolutiv si care a fost prima molecula capabila de autoreplicare, un raspuns cert nu a putut fi gasit. Oamenii au inceput sa banuiasca inca din anii 60 ca primele molecule autoreplicante erau compuse din ARN (acid ribonucleic). Ipoteza avea insa un dezavantaj enorm: nu exista nici o cale cunoscuta prin carre moleculele ARN sa se fi format pe Terra acum 4 miliarde de ani. Iar daca moleculele ARN nu puteau sa apara spontan, cum oare era posibil ca ele sa se mai si autoreplice? A fost vorba de un alt element capabil de autoreplicare? Si daca intr-adevar acesta a existat, care a fost el?

Se stie deja, in momentul in care oamenii au inceput sa isi puna intrebari cu privire la originea vietii, ca in absolut toate organismele de pe Terra proteinele joaca un rol essential. Proteinele se pot modela intr-o multitudine de forme si, evident, sa faca aproape orice, chiar sa joace rolul unor enzyme, elemente capabile sa catalizeze o gama uriasa de reactii chimice. Pe de alta parte, informatia care permite crearea proteinelor se afla in moleculele de ADN. Astfel, nu poti crea protein noi fara ADN, la fel cum ADN-ul nu poate sa existe fara proteine. Cu atat mai derutanta este intrebarea referitoare la ce anume a aparut intai, proteinele sau ADN-ul ? Tot in deceniul al saselea, al secolului XX, geneticienii au descoperit ca ARN-ul se poate comporta ca o proteina, desi nu intr-o forma atat de complexa. Iar daca ARN-ul poate cataliza reactii, la fel de bine cumpoate stoca informatii, unelemolecule ARN ar puteafi capabilesa creeze alte noi molecule de acest gen. Mai mult, daca aceasta autoreplicare ar fi posibila, replicatorii ARN nu ar fi avut nevoie de proteine pentru a realiza acest process. Pur si simplu, ar fi putut face totul cu de la sine putere. Ramanea un singur lucru de dovedit, Acela ca ARN-ul poate actiona ca o enzima, fapt demonstrat in anul 1982 de catre profesorul Thomas Cech de la Universitatea din Colorado. Iar dupa descoperirea primei enzyme ARN (intr-un animal bizar, unicellular, numit Tetrahimena themophila, portile catre identificarea altor enzyme de acest gen in lumea organismelor terestre au fost deschise. Devenea evident faptul ca, desi nu era la fel de capabil in stocarea informatiilor precum AND-ul, nuci la fel de versatile ca proteinele, ARN-ul era fara doar si poate un factotum molecular. Dar cum acel autoreplicator primordial a disparut de nulta vreme fara s alase vreo urma, alte intrebari au tins sa apara in mediul academic. De unde anume a venit energia necesara pentru a sustine aceasta activitate si care a fost mediul in care primul autoreplicator a aparut?

Moleculele ARN pot fi descries ca lanturi polinucleotidice. In celulele vii, spre exemplu, enzimele specializate sunt responsabile pentru crearea nucleotidelor si alipirea lor. Cu toate acestea, pe Pamantul primordial nu existauastfel de enzyme. Problema si-a gasit o rezolvare in anul1996, an in care biochimistul britanic Leslie Orgel (1927-2007) a demonstrate ca, atunci cand nucleotide active au fost introduce intr-un soi de noroi volcanic (asa cum se presupune ca exista acum 4 miliarde de ani pe Terra), moleculele de ARN cu pana la 55 de nucleotide s-au creat intr-un timp relative scurt. Si mai interesant a fost faptul ca, desi energia necesara formarii unor molecule mai mari nu exista, cele deja active au oferit energia de care era nevoie pentru sustinerea reactiilor. Doar cativa ani mai tarziu, profesorul canadian Jaack Szostak chiar a reusit sa creeze protocelulele incarcate cu ARN si care puteau sa se divida fara ajutorul intregii masinarii calulare modern.

O alta ipoteza este aceea ca primul autoreplicator a aparut in orificiile hidrotermale alkaline de pe fundul marilor. Un astfel de mediu ofera exact aceleasi combinatie electrochimica vinovata de producerea eenrgiei in celulele vii de astazi. Comditii optime, asadar, pentru nasterea energiei in celulele vii de astazi. Conditii optime, asadar, pentru nasterea unor lanturi ARN. Si totusi, biochimistul britanic, cercetator in cadrul Universitatii Cambridge, este convins ca primele lanturi ARN s-au format nu in noroiul primordial, nici pe fundul marilor si oceanelor, ci mai degraba in gheata. In momentul in care viata a inceput sa apara pe Terra, sustine omul de stiinta britanic, intensitatea Soarelui era cu cel putin 30% mai redusa decat in prezent. Pamantul ar fi inghetat cu totul daca atmosfera sa nu era saturate de gaze cu effect de sera. Dar chiar si in aceste conditii, polii geografici ai Pamantului ar fi fost acoperiti de gheata. ARN-ul racit rezista mai mult, este un fapt dovedit, iar gheatat ofera si alte avantaje. Atunci cand apa continandmolecule de ARN precum si alte chimicale este racita, unele dintre acestea ingheata, in timp ce altele circula printer cristalele de gheatasub forma unei saramuri concentrate. Ca un argument in plus, Philipp Hollinger afirma ca anumite enzime din ARN sunt mult maieficiente intr-un mediu inghetat decat la temperatura camerei.

Dar acestea sunt doar supozitii. Urmele acestor molecule primordial, primele capabile de autoreplicare, au disparut de multa vreme. De asemenea, este aproape imposibil sa spunem cu certitudine cum si in ce mediu au aparut moleculele in cauza. Singura solutie, din cate se pare, este recrearea artificiala a unui lant ARN pentru a putea demonstra teoririle cu privire la aparitia acesuia. Foarte aproape de acest deziderat este John Sutherland, profesor in cadrul Laboratorului de Biologie Moleculara din cadrul Universitatii Cambridge. Pana in present, savantul britanic a reusit sa produca doua dintre cele 4 nucleotide diferite din component ARN-ului, iar crearea celorlalte doua, afirma el, este doar o problma de timp. Si atunci, im momentul in care toate piesele puzzle-ului vor fi puse laolalta, cineva va umple un recipient cu ingredientele chimice primordiale si va putea vedea cum viata ia nastere din nimic. Un experiment care va fi realizat cu siguranta, cel putin in opinia lui John Sutherland.