Elämän synty maapallolla on joukko paradokseja. Jotta elämä olisi voinut alkaa, on täytynyt olla olemassa geneettinen molekyyli – jokin DNA:n tai RNA:n kaltainen – joka olisi voinut välittää piirustukset proteiinien, elämän työmolekyylien, valmistamiseksi. Nykysolut eivät kuitenkaan pysty kopioimaan DNA:ta ja RNA:ta ilman proteiinien apua. Kaiken kukkuraksi mikään näistä molekyyleistä ei voi tehdä työtään ilman rasvaisia lipidejä, jotka muodostavat kalvot, joita solut tarvitsevat pitääkseen sisältönsä sisällä. Ja toisena kananmunakomplikaationa lipidien syntetisointiin tarvitaan proteiinipohjaisia entsyymejä (joita geneettiset molekyylit koodaavat).
Nyt tutkijat sanovat, että he ovat ehkä ratkaisseet nämä paradoksit. Kemistit raportoivat tänään, että pari yksinkertaista yhdistettä, joita olisi ollut runsaasti varhaisella maapallolla, voi synnyttää yksinkertaisten reaktioiden verkoston, joka tuottaa kolme tärkeintä biomolekyylien luokkaa – nukleiinihapot, aminohapot ja lipidit – joita varhaisin elämänmuoto tarvitsi alkuunsa. Vaikka uusi työ ei todista, että elämä sai alkunsa juuri näin, se voi lopulta auttaa selittämään yhden nykytieteen syvimmistä mysteereistä.
”Tämä on erittäin tärkeä artikkeli”, sanoo Jack Szostak, molekyylibiologi ja elämän alkuperän tutkija Bostonin Massachusettsin yleissairaalassa, joka ei ollut osallisena nykyisessä tutkimuksessa. ”Siinä ehdotetaan ensimmäistä kertaa skenaariota, jonka mukaan lähes kaikki elämän olennaiset rakennuspalikat olisivat voineet muodostua samassa geologisessa ympäristössä.”
Tutkijat ovat jo pitkään kehuneet omia suosikkiskenaarioitaan siitä, mikä joukko biomolekyylejä muodostui ensin. ”RNA-maailman” kannattajat esimerkiksi ehdottavat, että RNA on saattanut olla edelläkävijä; sen lisäksi, että se pystyy kuljettamaan geneettistä informaatiota, se voi myös toimia proteiinien kaltaisena kemiallisena katalysaattorina nopeuttaen tiettyjä reaktioita. Metabolismi-ensimmäisen kannattajat puolestaan ovat väittäneet, että yksinkertaiset metallikatalyytit, toisin kuin kehittyneet proteiinipohjaiset entsyymit, ovat saattaneet luoda orgaanisten rakennusaineiden keiton, josta olisi voinut syntyä muita biomolekyylejä.
RNA-maailma-hypoteesi sai suuren sysäyksen vuonna 2009. John Sutherlandin johtamat kemistit Cambridgen yliopistossa Yhdistyneessä kuningaskunnassa ilmoittivat havainneensa, että he olivat havainneet, että suhteellisen yksinkertaiset esiasteyhdisteet nimeltä asetyleeni ja formaldehydi saattoivat käydä läpi reaktiosarjan tuottaakseen kaksi RNA:n neljästä nukleotidin rakennusaineesta, mikä osoitti uskottavan reitin siihen, miten RNA olisi voinut muodostua itsestään – ilman entsyymejä – alkukeitossa. Kriitikot tosin huomauttivat, että asetyleeni ja formaldehydi ovat itsessään vielä jokseenkin monimutkaisia molekyylejä. Tämä herätti kysymyksen siitä, mistä ne ovat peräisin.
Nykyisessä tutkimuksessaan Sutherland ja hänen kollegansa lähtivät liikkeelle noista kemikaaleista taaksepäin nähdäkseen, voisivatko he löytää reitin RNA:n syntymiseen vielä yksinkertaisemmista lähtöaineista. He onnistuivat siinä. Nature Chemistry -lehden tämänhetkisessä numerossa Sutherlandin työryhmä raportoi, että se loi nukleiinihapon lähtöaineita pelkällä syaanivedyllä (HCN), rikkivedyllä (H2S) ja ultraviolettivalolla (UV-valo). Sutherlandin mukaan olosuhteet, joissa nukleiinihappojen esiasteet syntyvät, luovat myös lähtöaineita, joita tarvitaan luonnollisten aminohappojen ja lipidien valmistukseen. Tämä viittaa siihen, että yhdestä ainoasta reaktiokokonaisuudesta olisi voinut syntyä suurin osa elämän rakennusaineista samanaikaisesti.
Sutherlandin työryhmä väittää, että maapallon alkuaikojen olosuhteet olivat suotuisat näille reaktioille. HCN:ää on runsaasti komeetoissa, joita satoi alas tasaisesti lähes ensimmäisten satojen miljoonien vuosien ajan maapallon historiasta. Törmäykset olisivat myös tuottaneet riittävästi energiaa HCN:n syntetisoimiseksi vedystä, hiilestä ja typestä. Samoin, Sutherland sanoo, H2S:n uskottiin olleen yleistä varhaisessa Maassa, samoin kuin UV-säteilyn, joka olisi voinut ohjata reaktioita, ja metallipitoisten mineraalien, jotka olisivat voineet katalysoida niitä.
Sutherland varoittaa, että reaktiot, jotka olisivat tuottaneet kutakin rakennusaineita, eroavat toisistaan niin paljon – ne vaativat esimerkiksi erilaisia metallikatalyyttejä – etteivät ne todennäköisesti olisi tapahtuneet kaikki samassa paikassa. Pikemminkin pienet kemian ja energian vaihtelut olisivat hänen mukaansa voineet suosia yhden rakennuspalikkasarjan, kuten aminohappojen tai lipidien, syntymistä eri paikoissa. ”Sadevesi olisi sitten huuhtonut nämä yhdisteet yhteiseen altaaseen”, sanoo Dave Deamer, Kalifornian yliopistossa Santa Cruzissa työskentelevä elämän alkuperän tutkija, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Voisiko elämä syttyä tuossa yhteisessä altaassa? Tämä yksityiskohta on lähes varmasti kadonnut ikuisesti historiaan. Mutta ajatus ja sen taustalla oleva ”uskottava kemia” ovat Deamerin mukaan huolellisen pohdinnan arvoisia. Szostak on samaa mieltä. ”Tämä yleinen skenaario herättää monia kysymyksiä”, hän sanoo, ”ja olen varma, että siitä keskustellaan vielä jonkin aikaa.”