Citozin in timin še vedno nerazvozlana skrivnost

Tri od petih nukleotidnih baz, nosilcev informacij za življenje, kot ga poznamo, ki sestavljajo našo gensko kodo, so k nam zelo verjetno zanesli meteoriti, domnevajo astrobiologi. Izvor preostalih dveh ključnih sestavin naše RNK in DNK, citozina in timina, pa je po poročanju v reviji Astrobiology še vedno zavit v temo.

Kanadska astrobiologa Ben K. D. Pearce in Ralph Pudritz, oba z McMasterjeve univerze v Hamiltonu v ontarijskem delu Kanade, v članku navajata, da imamo že precej gradiva, ki kaže na meteoritski izvor treh genskih nukleobaz, glavnih nosilcev informacij za življenje na našem planetu, in sicer za adenin in gvanin kot dela DNK in uracil kot del RNK. Še vedno pa so kljub prizadevnemu delu na modelih za simulacijo nastanka petih osnovnih nukleotidnih gradnikov RNK in DNK astrobiologi brez kakršnegakoli namiga o izvoru preostalih dveh baz, citozina in timina.

Za vseh teh pet nukleobaz velja, da so ključne za oblikovanje nukleotidov, molekul, ki povezane v verigo sestavljajo ribonukleinsko (RNK) in deoksiribonukleinsko kislino (DNK), ki sta osnovni informacijski zapis za življenje. Medtem ko je za nukleobaze precej verjetno, da so jih k nam zanesli meteoriti, pa je vesoljski izvor preostalih dveh osnovnih nukleobaz kljub domnevam še naprej dvomljiv.

Prispel iz vesolja, vendar ne z meteoriti

Ben Pearce, vodilni avtor omenjenega članka, sicer verjame v vesoljski izvor timina, vendar ga pri tem bega dejstvo, da to nukleobazo zelo hitro uniči vodikov peroksid v vodnih planetarnih telesih, na primer v kometih, ki bi sicer lahko to bazo verjetno zanesli k nam.

»Preprosto ne vemo, od kod je prišel citozin,« priznava Pearce. »Za zdaj nimamo še nobenega prepričljivega dokaza, da bi citozin nastal na kraju samem, tu, na nastajajoči Zemlji.«

Kljub priznanju, da je izvor citozina in timina še nerazvozlana skrivnost, pa članek v reviji Astrobiology vendarle prinaša zanimiva nova spoznanja in odkritja. Tako so na primer kanadski astrobiologi odkrili, da je citozin nastal v modelih asteroidov in kometov med njihovo notranjo vodno fazo pred približno 4,5 milijarde leti. Toda njihove simulacije so tudi razkrile, da se citozin v vesolju zelo verjetno ni obdržal med planetezimali, zametki planetov, saj razpada v vodi in pri tem proizvaja uracil in amonijak.

Polovična življenjska doba te reakcije je sicer okoli 17 tisoč let, kar je vsaj stokrat krajše od obdobja, v katerem naj bi planetezimali imeli vodno notranjost. Zato se Pearce s kolegi sprašuje, kje bi lahko prvi sklopi RNK – in torej tudi prvo življenje na Zemlji – sploh dobili manjkajoči citozin.

»Ena od možnosti je,« razmišlja kanadski znanstvenik, »da so prve molekule RNK na našem planetu citozin dobile od nekod drugod, ne z meteoritov ali kometov.«

Toda od kod bi ga lahko? Astrobiologi dopuščajo možnost, da so se prve molekule RNK oblikovale iz citozinskih nukleotidov (torej iz citozina, riboze in fosfatov), ne da bi potrebovale sam citozin. Pearce tako opozarja na dejstvo, da so molekule RNK, ki vsebujejo samo tri od štirih nukleotidov, to je brez citozinskega nukleotida, nastale v laboratorijih, v evoluciji in vitro.

Še vedno pa ostane vprašanje, od kod je prišel manjkajoči timin. »Ugibamo lahko, da se je timin vključil v DNK veliko pozneje, med samim nastajanjem genske kode, s pomočjo encima, ki je pretvarjal nukleotid uracila v nukleotid timina,« pojasnjuje Pearce.

Milijone let zamrznjena informacija o življenju

Toda kako bi te sestavine lahko preživele v vesolju? Astrobiologi za zdaj domnevajo, da so nukleobaze milijone let ždele zamrznjene v porah asteroidov in kometov.

»Ni si težko zamisliti, da so ti asteroidi tudi trčili drug v drugega, se v trkih razleteli, njihovi delci pa so končali svojo pot na Zemlji v njenih zgodnjih fazah. Nukleobaze so torej lahko kot meteoriti padle na površino in se odtajale,« meni Pearce.

»Če so meteoriti padli recimo v vodo, so nukleobaze iz por meteorita zlahka prešle v vodo in tam v možnih reakcijah z drugimi kemijskimi snovmi ustvarile najprej nukleotide in pozneje tudi RNK. Vendar pa,« dodaja kanadski astrobiolog, »do zdaj še nismo zaznali nobene nukleobaze na ledenih površinah v vesolju.«

To ni uspelo niti Esini sondi Philae. Ko je pristala na kometu 67P/Čurjumov-Gerasimenko, je iskala tudi sledi kakršnekoli organske snovi, toda na površju kometa ni zaznala nobene nukleobaze.

Če bi nukleobaze nastajale na površini zrn ledenega meplanetarnega prahu, ki je bil izpostavljen ultravijolični svetlobi, bi jih lahko ujela Zemljina gravitacija. Nukleobaze bi skozi ozračje s prahom padale na Zemljino površje. Dosedanje raziskave kažejo, da je okoli šest odstotkov organskih snovi v tem prahu lahko preživelo visoko temperaturo ob vstopu v ozračje.

Odgovor v povsem novi kemiji

Uganka torej ostaja. Kaj bi jo lahko razvozlalo?

Po Pearceovem mnenju bi to lahko bila povsem nova kemija, ki bi jo še morali odkriti. Predvideva, da jim bodo pri tem pomagali rezultati, ki jih bodo dobili iz študij vzorcev z ogljikom bogatih delcev iz asteroidov. Takšne vzorce naj bi na Zemljo prinesla japonsko vesoljsko plovilo Hajabusa 2 leta 2020 in Nasino plovilo Osiris Rex, ki se bo na Zemljo vrnilo leta 2023. Astrobiologi že zdaj načrtujejo analize teh vzorcev posebej zato, da bi izsledili organske snovi.

Na kaj upajo? »Morda nam bodo ti novi vzorci prinesli sledi molekul, ki si jih še ne zamišljamo in ki so bile nemara vpletene v oblikovanje citozinskega nukleotida,« pravi znanstvenik.

In če ti vzorci ne bodo prinesli ničesar novega? »Potem bi to lahko pomenilo možnost, da je najbolj zgodnja oblika RNK delovala samo s tremi nukleobazami, ki so jih priskrbeli meteoriti,« meni Ben Pearce.

Z njim se strinja tudi soavtor članka Ralph Pudritz. Kot poudarja, je prav mogoče, da prva genska koda, ki se je pojavila na našem planetu, sploh ni potrebovala vseh petih baz.

Še bolj mikavna pa je domneva, da kemijske simulacije razkrivajo potencialno univerzalnost, ki kaže, da utegne biomolekularna genska koda imeti izvor zunaj našega osončja.