Panašu, kad mokslininkams netrukus gali prireikti peržiūrėti esminius gyvybės fenomeno postulatus. Kalifornijos mokslininkė Felisa Wolfe-Simon aptiko iki šiol neatrastą gyvybės formą, kurios atstovai sugeba įsisavinti ir į savo DNR struktūras integruoti itin nuodingą cheminį elementą arseną. Atrasta kardinaliai kitokia, ne anglies pagrindu funkcionuojančios gyvybės forma, kurios atmainų gali būti kitose planetose?
Peržvelgus biologijos vadovėlius, nesunku pastebėti, kad žemiškosios gyvybės chemijoje iš esmės dominuoja šeši elementai. Anglis, vandenilis, deguonis ir azotas yra pagrindinės mūsų planetoje vešinčios gyvybės „statybinės medžiagos“, o likę du žemiškojo gyvybės eliksyro elementai – fosforas ir siera. Daugelis biologų sutiktų, jog šie šeši elementai yra gyvybės pagrindas – gyvybė be jų neegzistuotų.
Tačiau USGS geologinių tyrimų instituto (Kalifornija, JAV) ekspertė F.Wolfe-Simon atrado organizmą, kuris, kaip manoma, vietoj fosforo geba naudoti arseną. Jos atradimas gali sujudinti fundamentalius gyvybės sampratos pagrindus, nes įrodo, kad gyvybė gali egzistuoti labai netikėtomis formomis. Mokslininkės atradimas aprašomas 2010 m. gruodžio 2 d. pasirodžiusiame žurnalo „Science“ numeryje, taip pat viešai pristatytas specialioje NASA surengtoje konferencijoje, apie kurią vakar rašėme.
Atrastasis organizmas priskirtinas bakterijų klasei ir pavadintas GFAJ-1. Bakteriją F.Wolfe-Simon išaugino iš nuosėdų, kurių ji su kolegomis aptiko Kalifornijoje esančio egzotiško Mono ežero pakrantėje. Vaizdingas Mono ežeras ypatingas tuo, jog jo vanduo yra itin druskingas ir šarmingas. Šis vandens telkinys išskirtinis dar ir tuo, jog jame aptinkami vieni gausiausių natūralaus arseno išteklių pasaulyje.
Ištyrus atrastos bakterijos RNR mėginius, paaiškėjo, kad bacilos formos mikroorganizmas GFAJ-1 giminiškas kitoms druską „mėgstančioms“ bakterijoms, priskiriamoms Halomonas genčiai. Yra žinoma, jog daugelis šios genties bakterijų rūšių toleruoja nemenkus nuodingojo arseno kiekius.
Tačiau GFAJ-1 savo giminaites gerokai pranoksta. Aplinkoje pritrūkus fosforo, ši bakterija be problemų gali jį pakeisti arsenu ir toliau ramiai sau egzistuoti, tarsi nieko nebūtų įvykę.
„Mums pavyko įrodyti, kad bakterija toleruoja arseno atomus savo DNR struktūroje, tačiau panašu, kad arseną priima ir daugelis kitų šio organizmo biomolekulių“, – pareiškė F.Wolfe-Simon.
„Tai pirmas atvejis biologijos istorijoje, kai atrandama gyvybės forma, kurios cheminį pagrindą sudaro ir cheminis elementas, kurio neaptinkama kitose įprastose ir labiausiai Žemėje paplitusiose gyvybės formose“ – pažymi BEYOND Fundamentaliųjų mokslo koncepcijų centro (Arizona, JAV) vadovas Paulas Daviesas. – Šis atradimas gali tik paskatinti įsitikinimą, jog gamtoje įmanomos kur kas įvairesnės gyvybės formos.“ Mokslininkas pridūrė, jog šis atradimas gali atverti ištisą naują mikrobiologijos tyrimų lauką.
„Organizmo, mintančio arsenu, atradimas byloja, kad gyvybė gali egzistuoti tokioje terpėje, kur trūksta fosforo, - pritaria NASA astrobiologas Michaelas Newas. – O tai smarkiai padidina gyvybės atradimo tikimybę bet kur kitur. Šis atradimas kaip reikiant praplečia mūsų ligšiolinį gyvybės supratimą, o gal ir duoda pradžią naujai sampratai, kokios turi būti sąlygos gyvybei susidaryti ir egzistuoti – tiek Žemėje, tiek kurioje kitoje Saulės sistemos vietoje.“
DNR molekulė savo forma primena spiralinius laiptelius. Laiptelių „pakopos“ sudarytos iš nukleotidų porų, kuriose užšifruota visa gyvo organizmo genetinė informacija. DNR spiralės, primenančios susisukusį stuburą, yra ilgos kintančių cukraus ir fosfatų molekulių grandinės. Fosfato molekulę sudaro penki atomai: vienas fosforo ir keturi deguonies. Jei nebūtų fosforo, nebūtų ir fosfatų, vadinasi, nebūtų ir DNR. O be DNR nebūtų įmanoma ir pati gyvybė.
Tačiau GFAJ-1 molekulei tai – ne kliūtis, nes savo DNR struktūrose ji sugeba fosforą pakeisti arsenu – chemine medžiaga, kuri yra mirtina beveik visoms kitoms žinomoms gyvybės formoms.
F.Wolfe-Simon su kolegomis spėjo išauginti jau keletą šios bakterijos kartų. Mikroorganizmai ir šiuo metu sau nerūpestingai plūduriuoja Kalifornijos tyrimų laboratorijų mėgintuvėliuose, nepaisant to, kad gyvybiškai būtino fosforo nuo tada, kai prieš metus jas aptiko F.Wolfe-Simon, jos praktiškai taip ir neragavo. Tačiau joms puikiausiai tinka ir nuodingasis arsenas.
Nors šis cheminis elementas mirtinas daugumai gyvybės rūšių, savo cheminėmis savybėmis arsenas yra labai artimas fosforui, tiesa, už pastarąjį gerokai reaktyvesnis. Tačiau naujai atrastam mikroorganizmui GFAJ-1 tai – nė motais. Mat jis sugeba puikiai prisitaikyti: arsenas jo DNR struktūrose taip gerai pakeičia fosforą ir atlieka chemines jo pareigas, kad fosforas tampa mažai reikalingas. Kontrolinė GFAJ-1 bakterijų grupė buvo apgyvendinta fosforu prisotintoje terpėje, tačiau vešlumu ši kolonija arseniškųjų konkurenčių neaplenkė. Tad GFAJ-1 bakterijai, iš esmės, nėra jokio skirtumo, yra ją supančioje aplinkoje fosforo ar nėra.
„Kol kas neturime nė menkiausio supratimo, kaip joms tai pavyksta“ - neslepia atradimo autorė F.Wolfe-Simon.
Gal visa esmė ne tame, kad fosforas DNR grandinėse pakeičiamas arsenu, o tame, kad bakterija sugeba išsiversti su neįsivaizduojamai menkais fosforo kiekiais? Iš tiesų, kaip amerikietės atradimą vertina ir komentuoja skeptikai?
„DNR spiralėje fosfatus pakeitus arsenatais, kiekvienas ryšys DNR grandinėje turėtų pradėti hidrolizuotis (reaguoti su vandeniu ir imti skaidytis), - teigia Taikomosios molekulinės evoliucijos fondo Geinsvilyje (Florida, JAV) direktorius Stevenas Benneris. – Gyvybė nustotų egzisuoti jau po 10 minučių. Tad jei DNR grandinėje ir galėtų būti arsenatas, jis turėtų būti labai rimtai stabilizuotas ir izoliuotas.“
S.Benneris spėja, kad bakterijoms išgyventi padeda ne arsenas, o menki kažkokių pašalinių medžiagų, turinčių šiek tiek fosforo, likučiai befosforėje terpėje. Mokslininkas mano, kad tai – kur kas logiškesnis fenomeno paaiškinimas. Be to, labiau tikėtina, kad arseno atomai įsikuria kažkuriose kitose ląstelės struktūrose, pavyzdžiui, lipiduose.
„Lipiduose arsenas galėtų išlikti chemiškai stabilus ir nereaguoti su vandeniu, - pripažįsta S.Benneris.
Ypatingų GFAJ-1 bakterijos sugebėjimų atradimas atveria naujus ateities tyrimų horizontus. Ko gero, biologai mėgins įsitikinti, ar panašius triukus geba atlikti kiti organizmai.
„Nepanašu, kad F.Wolfe-Simon būtų aptikusi vienintelį, išimtinį arseno gyvybės formos atvejį, - samprotauja P.Daviesas. – Greičiausiai tai, ką ji aptiko, tėra milžiniško ledkalnio viršūnė.“
F.Wolfe-Simon pranešė, kad iš Mono ežero ji parsigabeno ir befosforėje, arseno turtingoje terpėje „augina“ dar maždaug 14 bakterijų egzempliorių. Jos gali būti identiškos GFAJ-1, o gali būti ir kitokios. „Apie jas dar nespėjome nieko išsiaiškinti. Žinome tik tiek, kad jos sugeba funkcionuoti tokioje pat terpėje, kokioje veši GFAJ-1“. Mokslininkė ateityje ketina išsiaiškinti, ar be fosforo sugebės išsiversti kitos GFAJ-1 bakterijoms giminiški Halomonas genties mikroorganizmai.
Ko gero, geriausiai potencialią šio atradimo vertę iliustruoja skeptiškai jį vertinančio S.Bennerio sakinys: „Jei šio organizmo DNR spiralėje iš tikrųjų yra arsenatų, šis atradimas bus tiesiog mokslo pasaulio pamatus sudrebinsiantis įvykis.“
Saulius Žukauskas
