Życie na Wenus? Białka przetrwają w kwasie siarkowym

Nasze poszukiwania życia pozaziemskiego skupiają się od dekad przede wszystkim na próbie odnalezienia planet posiadających warunki zbliżone do ziemskich. Wśród nich przede wszystkim planet posiadających wodę w stanie ciekłym, która stanowi znakomity rozpuszczalnik dla chemii organicznej. Jest to naturalny punkt poszukiwań, ponieważ mamy w tej chwili tylko jedno odniesienie – jedną planetę, na której na pewno jest życie i to życie potrzebujące ciekłej wody. Ale w rozległym kosmosie ziemskie warunki odpowiedzialne za genezę życia nie muszą być jedynymi. Zespół naukowców z MIT oraz dr Janusz Pętkowski z Politechniki Wrocławskiej przekonują, że składniki niezbędne do powstania życia mogą występować w zupełnie innym środowisku: w silnie kwaśnych chmurach spowijających Wenus.

Życie w kwasie siarkowym

Gęste, wenusjańskie chmury składają się ze stężonego kwasu siarkowego, nawet 98-procentowego. Dotychczas naukowcy uważali, że ich środowisko jest zbyt kwaśne, aby mogły w nim przetrwać złożone cząsteczki biologiczne. Okazuje się jednak, że krótkie peptydy nie tylko zachowują stabilność w tak skrajnie kwaśnych warunkach, lecz także mogą zwijać się w kształty pozwalające im potencjalnie pełnić funkcje biologiczne.

– Odkryliśmy coś, co jest absolutnie niespotykane i w pewnym sensie przeczy naszemu dotychczasowemu rozumieniu chemii białek. Okazało się, że małe białka, a konkretnie małe peptydy, są nie tylko stabilne w bardzo stężonym kwasie siarkowym, na przykład w 98-procentowym kwasie siarkowym, ale również cały polimer peptydowy fałduje się w jasno zdefiniowane struktury przestrzenne 3D. Takie fałdowanie białek czy peptydów jest kluczowe dla naszej ziemskiej biochemii. Pozwala by komórki mogły funkcjonować i żeby biochemia mogła wykonywać jakiekolwiek zadania biologiczne – mówi dr Janusz Pętkowski.

Podkreśla, że te nowe dane są kolejną odsłoną wieloletniej pracy nad przekonaniem środowiska naukowego, że stężony kwas siarkowy nie jest złym rozpuszczalnikiem czy środowiskiem dla skomplikowanej chemii organicznej, biochemii, a nawet dla życia.

Wenus jako laboratorium innego życia

– Od kilku lat pokazujemy stopniowo, że poszczególne aspekty chemii organicznej kluczowe dla powstania biochemii, czyli chemii życia, są jak najbardziej możliwe w stężonym kwasie siarkowym. Najnowszą odsłoną tych badań jest właśnie pokazanie, że peptydy mogą być nie tylko stabilne, ale też przyjmować określone przestrzenne struktury 3D, które są kluczowe do tego, żeby białka mogły pełnić funkcje, na przykład biologiczne.

Można więc powiedzieć, że coraz bardziej zbliżamy się do stwierdzenia, że stabilność chemii organicznej w stężonym kwasie siarkowym jest normą, a nie wyjątkiem – podkreśla uczony.

Dodatkowym niuansem odkrycia jest to, że te struktury 3D są utrzymywane w kwasie siarkowym między innymi przez gęstą sieć wiązań wodorowych, w tym wiązań wewnątrzcząsteczkowych, które zgodnie z obecnym stanem wiedzy w ogóle nie powinny powstawać ani być stabilne w stężonym kwasie siarkowym. Pokazuje to jednak, że taki sposób fałdowania polimerów min. z udziałem wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych jest możliwy.

– To stwierdzenie przeczy obecnemu konsensusowi naukowemu na temat tego, jak kwas siarkowy powinien oddziaływać ze skomplikowaną chemią organiczną. Zgodnie z nim kwas siarkowy powinien albo niszczyć taką chemię, albo, jeśli jej nie niszczy, uniemożliwiać fałdowanie peptydowych polimerów poprzez rozrywanie wewnątrzcząsteczkowych wiązań wodorowych. Z naszych badań wynika jednak, że kwas siarkowy tego nie robi i nie jest aż tak destrukcyjny dla białek, jak do tej pory sądzono – mówi naukowiec.

Nowe rozumienie biochemii

Badania były prowadzone we współpracy z prof. Sarą Seager z MIT oraz prof. Mei Hong i jej grupą, również z MIT, z Wydziału Chemii. Prof. Mei Hong jest ekspertką w dziedzinie magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) makromolekuł, czyli dużych cząsteczek biologicznych. Do takich zaliczają się właśnie polimery białkowe oraz peptydy.

Makromolekularny NMR jest kluczową techniką umożliwiającą zbadanie, jak wygląda struktura cząsteczki badanego polimeru na poziomie atomowym w roztworze, bez konieczności zmiany warunków reakcji chemicznej czy rozpuszczalnika oraz zbudowanie ostatecznego modelu 3D cząsteczki w warunkach natywnych. Metoda ta doskonale nadaje się do badania skomplikowanych polimerów w kwasie siarkowym, podczas gdy wiele innych technik chemii analitycznej jest z tym kwasem niekompatybilnych.

– Eksperymentalnie potwierdziliśmy po pierwsze, że peptydy mogą być stabilne w stężonym kwasie siarkowym, co samo w sobie jest niespotykane, a po drugie, że mogą zwijać się w sposób bardzo specyficzny i skonkretyzowany, co również przeczy obecnemu rozumieniu biochemii – mówi dr Pętkowski.

Tym samym narodziła się nowa dziedzina wiedzy: biochemia w stężonym kwasie siarkowym. Wcześniej takiej dziedziny nie było, ponieważ zakładano, że jest to po prostu niemożliwe.

Ogromna różnorodność życia w Galaktyce

– Można przypuszczać, że różnorodność życia w naszej Galaktyce jest znacznie większa, niż nam się wydaje. To, że ziemskie życie oparte jest na ciekłej wodzie, na konkretnych aminokwasach czy zasadach azotowych budujących DNA, niekoniecznie musi być schematem powtarzającym się wszędzie w galaktyce.

Może to być po prostu efekt środowiska panującego na naszej planecie. Jeśli środowisko na innych planetach jest inne – inny rozpuszczalnik, inne proporcje pierwiastków itd. – będziemy mieli do czynienia z zupełnie inną chemią. Tym, co mogłoby łączyć nas z innymi, bardzo różnorodnymi biochemiami w galaktyce, jest jednak dobór naturalny i ewolucja. Mechanizmy ewolucji działają wszędzie tak samo, niezależnie od tego, jaka chemia leży u podstaw życia – podsumowuje naukowiec.

Źródło: MIT

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka
Dziennikarka i pisarka zajmującą się tematyką popularnonaukową, głównie kosmosem. Absolwentka Uniwersytetu Warszawskiego, przygodę z mediami rozpoczęła ponad 20 lat temu w redakcji „Życia Warszawy”. Poza pisaniem o polskiej i światowej nauce na łamach „National Geographic” współpracuje m.in. z „Wysokimi Obcasami” i kilkoma magazynami premium. Współautorka trzech bestsellerowych książek: „Człowiek – istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Pracuje w Centrum Badań Kosmicznych PAN i współpracuje z polskim Obserwatorium Cerro Murphy w Chile (OCM), którym zarządza CAMK PAN. 