Jakie są składniki życia?

Od najpotężniejszego wieloryba błękitnego do najdrobniejszego paramecium, życie, jakie znamy, przybiera dramatycznie różne formy. Niemniej jednak, wszystkie organizmy zbudowane są z tych samych sześciu podstawowych składników: węgla, wodoru, azotu, tlenu, fosforu i siarki (CHNOPS).

Dlaczego akurat te elementy? Aby się tego dowiedzieć, portal Life’s Little Mysteries skonsultował się z Matthew Paskiem, biogeochemikiem z Uniwersytetu Południowej Florydy.

„Po pierwsze, węgiel łatwo wchodzi w wiązania z innymi atomami węgla. Oznacza to, że tworzy rozległe łańcuchy, które działają jak ładny szkielet dla innych atomów, aby się z nimi związać” – powiedział Pasek. Innymi słowy, atomy węgla są doskonałym budulcem dla dużych cząsteczek organicznych. „To nadaje się do złożoności.”

Ale co wyjaśnia pozostałe pięć chemicznych składników życia? „Jedną z rzeczy, która sprawia, że azot, wodór i tlen są dobre jest to, że występują w dużych ilościach,” powiedział Pasek. „Wykazują one również działanie kwasowo-zasadowe, co pozwala im łączyć się z węglem w celu tworzenia aminokwasów, tłuszczów, lipidów i nukleobaz, z których zbudowane są DNA i RNA.”

Siarka zapewnia przemieszanie elektronów,” kontynuował Pasek. „Zasadniczo, z ich nadwyżką elektronów, siarczki i siarczany pomagają katalizować reakcje. Niektóre organizmy używają selenu zamiast siarki w swoich enzymach, ale nie wiele.”

Na koniec fosfor, zwykle występujący w cząsteczce fosforanu, jest niezbędny do metabolizmu, ponieważ cząsteczki polifosforanu, takie jak ATP (adenozynotrójfosforan) są w stanie przechowywać ogromną ilość energii w swoich wiązaniach chemicznych. Przerwanie wiązania uwalnia energię; zrób to wystarczająco dużo razy, powiedzmy, w grupie komórek mięśniowych, a możesz poruszać ręką.

Pod koniec zeszłego roku naukowcy z NASA odkryli jedyny znany wyjątek od wymogu fosforu w bogatym w arsen jeziorze kalifornijskim. Znaleźli szczep mikrobów zdolnych do zastąpienia atomów arsenu dla fosforu w swoich cząsteczkach, gdy dostawy fosforu są niskie. Arsen jest chemicznie podobny do fosforu, co czyni go trującym dla większości form życia, ponieważ zakłóca szlaki metaboliczne.

W podsumowaniu, „Z kilkoma wyjątkami, co trzeba do życia jest CHNOPS, plus szczypta soli i kilka metali,” Pasek powiedział. „Oczywiście, te składniki muszą być w odpowiedniej strukturze wiązań, ale to wydaje się występować naturalnie. Aminokwasy powstają spontanicznie, podobnie jak cukry, lipidy i nukleobazy.”

To prawda, przynajmniej na Ziemi. Aby mogły powstać niezbędne struktury molekularne, planeta musi znajdować się w odpowiedniej odległości od Słońca, nie może być zbyt gorąca ani zbyt zimna, aby mogła istnieć woda w stanie ciekłym. Obfite zasoby wody również pomagają, ponieważ ułatwiają przemieszczanie się składników i wpadanie na siebie w celu utworzenia interesujących związków. Grawitacja również musi być odpowiednia. Wreszcie, odrobina błyskawicy może dostarczyć bardzo potrzebnej energii do katalizowania reakcji, która ostatecznie doprowadzi do wytworzenia złożonych cząsteczekaminokwasów, białek, tłuszczów, węglowodanów, RNA i DNA, które nadają się do produkcji życia. Przynajmniej takiego, jakie znamy.

• Jak powstało życie na Ziemi?
• Arsenożerna bakteria otwiera nowe możliwości dla obcego życia
• Extremofile: World’s Weirdest Life

Masz pytanie? Wyślij do nas e-mail, a my poszukamy eksperta, który będzie w stanie je rozwikłać.

Śledź Natalie Wolchover na Twitterze @nattyover