Vsa živa bitja na našem planetu za gradnjo svojih bioloških molekul uporabljajo pretežno zgolj šest elementov: ogljik (C), vodik (H), dušik (N), kisik (O), fosfor (P) in žveplo (S). Ali malce hudomušno okrajšano CHNOPS (v angleščini je fonetična izgovarjava te okrajšave izredno blizu besedi schnapps oz. po domače »šnops«). Biološke molekule vseh živih bitij so torej večinoma zgrajene zgolj iz CHNOPS-a. Življenje seveda uporablja tudi številne druge elemente, kot so: klor, natrij, kalij in magnezij za vzdrževanje celične prostornine preko osmoze ali pa za prenašanje živčnih impulzov, cinka za kataliziranje nekaterih biokemičnih reakcij ter železa za prenašanje kisika po krvi. A ti elementi praktično ne gradijo t. i. makromolekul (maščob, beljakovin, nukleinskih kislin), ki predstavljajo večino strukture in mase vseh celic.
Okvirno 28. novembra je v biološki, astronomski ter blogarski sferi završalo močneje kot ob kakem jesenskem pišu vetra, ki dvigne suho listje s tal. Zakrožile so (takrat še nepotrjene) govorice, da Nasa pripravlja nekaj »velikega«. Naslednji dan se je na Nasini spletni strani pojavilo oznanilo, da je za 2. decembra načrtovana tiskovna konferenca, ki bo:
»diskutirala o astrobiološkem odkritju, ki bo vplivalo na iskanje zunajzemeljskega življenja«
V diskusijo so umestili pet uglednih Nasinih strokovnjakov, vključno z dvema astrobiologinjama (tj. strokovnjak, ki se ukvarja posebej z iskanjem ali raziskovanjem morebitnega zunajzemeljskega življenja). Nasina izjava za tisk seveda ni trdila, da so našli kakršne koli dokaze za zunajzemeljsko življenje, celo izrecno je nakazala, da gre zgolj za morebitne indice v tej smeri. A mednarodni mediji so to novico, po pričakovanjih, razpihnili do neslutenih višav z brezglavimi špekulacijami o tem, za kaj bi morebiti lahko šlo.
Po že znanem razvoju dogodkov in prvih odzivih in komentarjih, ki so mu sledili, je kazalo, da so Nasini astrobiologi res prišli do izjemnega odkritja. Našli naj bi namreč bakterije, ki ne le da živijo v jezeru z visoko koncentracijo sicer strupenih arzenovih spojin, ampak so arzen celo sposobne uporabljati za gradnjo svojih makromolekul. Seznamu glavnih elementov življenja, CHNOPS, bi tako očitno morali dodati še oznako za arzen (As). To odkritje naj bi bilo po nekaterih komentarjih vredno celo Nobelove nagrade.
Prve luknje v balonu
Že prvi potiskovni komentarji drugih biologov in konkurenčnih znanstvenih revij pa so izražali krepko zadržanost do glavnega Nasinega sklepa: češ da ima to odkritje velik pomen za iskanje življenja drugje v vesolju oz. da bi morebiti lahko celo nakazovalo na večkratno genezo življenja na tem planetu in torej na obstoj vzporednega drevesa živih bitij, ki bi bila evolucijsko izredno daleč od vseh drugih trenutno živečih. Da te bakterije le niso tako samosvoje, je izkazoval način, kako so Nasini raziskovalci prišli do njih. Vzeli so namreč vzorce sedimenta iz jezera Mono in bakterije iz tega sedimenta postopoma »razredčevali« v posodicah z vedno manj fosforja ter vedno več arzena. Najprej so pustili, da so se bakterije razmnožile v prvi posodici, nato pa so iz nje odvzeli majhen vzorec in ga izlili v novo posodico, katere z arzenom obogatena hranilna raztopina ni vsebovala fosforja. Ves fosfor v drugi posodici je torej prišel zgolj iz malega vzorca bakterij prve posodice. Tako so bakterije »razredčevali« v sedmih korakih po 1:10 in jasno v vsaki naslednji posodici prisilili bakterije k rasti ob vedno nižji koncentraciji fosforja, a v zvišani koncentraciji arzenovih spojin. Bakterije v zadnji 7. posodici so tako rastle (skorajda) brez fosforja in glede na trditve Nasinih strokovnjakov pri odločno premajhni koncentraciji fosforja za siceršnje preživetje »normalnih« bakterij.
Nasini strokovnjaki so nato izvedli številne poskuse, ki naj bi demonstrirali, da so bakterije uporabljale arzen namesto fosforja za gradnjo svojih makromolekul. Prve kritike implikacij tega odkritja so se pojavile na temelju dejstva, da je več kot mogoče, da sploh ne gre za odkritje bakterij, ki same po sebi uporabljajo arzen za svoje makromolekule, ampak zgolj za bakterije, ki so (ob pomanjkanju fosforja) sposobne namesto njega uporabiti arzen. Torej ne za življenje »na podlagi arzena«, ampak zgolj življenje »ki lahko tudi uporabi arzen, če je v to prisiljeno«.
Na zaključek, da morebiti le ne gre za bakterije, ki bi same po sebi izdelovale zgolj DNK z arzensko hrbtenico, nakazuje tudi to, da so te bakterije v izključno arzenskem okolju rasle bistveno počasneje kot v okolju, ki je poleg arzena vsebovalo tudi fosfor – kar ne bi apriori pričakovali pri bakterijah, ki bi svoje potrebe lahko zadovoljevale zgolj z arzenom. Če bi bakterije same od sebe izkoriščale zgolj arzen, potem ne bi pričakovali, da bo prisotnost fosforja pospešila njihovo rast. Ta pospešitev rasti v prisotnosti fosforja kaže bolj na to, da gre morebiti za t. i. »fakultativne« bakterije, ki so sposobne presedlati metabolizem s fosforja na arzen, ko prvega zmanjka, a jim je fosfor še vedno okusnejši od arzena. Takšni primeri preklopa z enega metabolizma na drugega so mikrobiologom že dobro znani, čeprav resda ne v kontekstu takih temeljnih sprememb, kot je zamenjava elementov.
Četudi gre dejansko zgolj za nekakšne fakultativne arzenične bakterije, to seveda ne pomeni, da odkritje ni izjemno. Pomeni pa, da skoraj gotovo ne gre za odkritje nekakšne vzporedne veje življenja. Takšna fakultativna bakterija, ki večinoma živi z DNK na podlagi fosforja, praktično mora biti v sorodu z drugimi bakterijami v tem jezeru, katerih DNK tudi ima hrbtenico iz fosforja. Da takšna sorodstvena vez dejansko obstaja, kažejo genetske analize ribosomske RNK, ki to bakterijo umeščajo v družino Halomonadaceae. Poleg tega je jezero Mono v geološkem smislu relativno mlado (cca. milijon let), kar pomeni, da so evolucijske prilagoditve teh bakterij verjetno tudi mlade in zato ne predstavljajo nekakšne starodavne vzporedne veje življenja, ki bi potencialno nakazovala na ločeno genezo za te bakterije.
Astrobiološke implikacije tega odkritja, čeprav je točno v svojih podrobnostih, pa tudi niso zares velike. Arzena je v vesolju povprečno okoli 1000 x manj kot fosforja, kar pomeni, da četudi bi arzen omogočal življenje, takega življenja najbrž ne bi bilo veliko - relativno na količino življenja, ki bi uporabljalo fosfor. Odkritje bakterij v sicer zelo alkalnem in »strupenem« okolju jezera Mono pa tudi bistveno ne razširi domene življenja, saj je že dolgo znano, da živa bitja lahko obstajajo v ekstremnih okoljih.
Kritika glavnih sklepov študije: So sploh kaj odkrili?
Še preden so se polegle prve zgoraj povzete kritike, ki so se osredotočale predvsem na implikacije in pomen tega odkritja, pa so na dan pricurljale že podrobne analize študije. Te so postavile pod vprašaj samo verodostojnost odkritja. Eno izmed prvih odmevnih »seciranj« objavljene Nasine študije je prišla od prof. dr. Rosie Redfield, mikrobiologinje na Univerzi British Columbia. V obširni kritiki metod in sklepov študije dr. Redfield ugotavlja, da Nasini strokovnjaki niso poskrbeli za zadostne negativne kontrole pri testiranju vzorcev. Predvsem je kritična do analize v kateri Nasini strokovnjaki z metodo masne spektroskopije želijo pokazati, da izolirana DNK bakterije vsebuje arzen namesto fosforja. Dr. Redfield trdi, da so vzorci DNK samo kontaminirani z arzenom in da zgolj zato izkazujejo povečano koncentracijo tega elementa – in ne, ker bi bila hrbtenica DNK zgrajena iz arzena namesto iz fosforja. Svojo ostro kritiko, v kateri ne izbira besed, zaključuje z:
»Spodnja črta: [Nasina študija vsebuje] veliko čirole-čarole, ampak zelo malo zanesljivih informacij. ... Ne vem, ali so avtorji zgolj slabi znanstveniki ali pa samo brezvestno želijo promovirati Nasino iskanje življenja v vesoju.«
Tej kritiki se je v kratkem pridružilo več kot ducat uglednih strokovnjakov. Skoraj soglasno so mnenja, da Nasini strokovnjaki na mizo niso položili dovolj prepričljivih dokazov za njihovo neverjetno trditev. »Bilo bi zelo kul, če bi takšna klica obstajala«, je rekel Forest Rohwer z Univerze v San Diegu; sicer mikrobiolog, ki se ukvarja z iskanjem novih vrst bakterij in virusov. Dodal pa je tudi, da: »Niti eden od predstavljenih argumentov sam po sebi ne prepriča«. In njegov komentar je še najbolj optimističen do Nasine študije. Shelly Copley iz Univerze v Koloradu je izjavila: »Te študije sploh ne bi smeli objaviti«.. Tem mnenju sta pritrdila tudi Johnotan Eisen iz Univerze v Kaliforniji, strokovnjak za ekstremofilne bakterije, ter evolucijski biolog John Hawks, ki je izjavil, da Nasini študiji očitno manjkajo ustrezni kontrolni poskusi, ki bi avtorjem omogočili dosego kakršnih koli ugotovitev.
Na Nasine strokovnjake se je torej usulo ogromno podrobne strokovne kritike, ki resno postavlja pod vprašanje njihovo metodologijo in ugotovitve, ki jasno stojijo na točnosti uporabljenih metod.
Je nestabilnost arzenske hrbtenice DNK žebelj v krsti za hipotezo o bakterijah z arzenskim genomom?
Za največji trn v znanstveni peti Nasinih strokovnjakov pa je poskrbel dr. Alex Bradley, geolog, kemik in raziskovalec evolucije življenja na Zemlji z izjavo:
Deležni smo bili velike mere medijskega pompa okoli novice o odkritju mikroba, ki naj bi bil sposoben nadomestiti fosfor z arzenom v svoji DNK. Sredi vsega razburjenja pa se je pozabilo na eno reč: Ta trditev je skorajda gotovo napačna. Študija objavljena v reviji Science ima sicer številne slabosti, a spregledali so še posebej eno malenkost, ki že sama po sebi dokaže, da DNK te bakterije ne vsebuje arzena, ampak fosfor.
Dr. Bradley dalje razloži, da je vsem kemikom popolnoma jasno dejstvo, da DNK z arzensko hrbtenico v vodi hitro razpade (razpolovni čas za reakcijo te hidrolize je okoli 10 min). Avtorji Nasine študije so to dejstvo tudi sami omenili, a so pripomnili, da ima bakterija morebiti »določene mehanizme s katerimi biološko zaščiti svojo DNK pred razpadom v vodi«. Kakšen bi bil mehanizem te biološke zaščite je prepuščeno domišljiji bralca, a takšna reč ne bi bila onkraj predstavljivega, saj je biologija izredno domiselna pri reševanju še tako zapletenih kemičnih problemov.
Jasno pa je tudi, da če to DNK izvlečemo iz bakterijske celice ter posledično odstranimo vse hipotetične zaščitne biološke komponente (beljakovine, lipide itd), začnejo veljati veliko enostavnejši kemični zakoni. Ti zakoni, podprti z eksperimenti, pa pravijo, da takšna osamljena arzenska DNK hitro razpade na kose. Torej nam kemija arzenovih spojin omogoči enostaven poskus, ki bi dokazal, da DNK te bakterije res vsebuje arzen: To bakterijsko DNK bi morali zgolj izpostaviti vodi in, če vsebuje arzen, mora kmalu razpasti.
A ravno to so, čisto naključno, storili tudi avtorji Nasine študije, ko so izvajali enega izmed svojih poskusov. DNK bakterije so v predpripravi za nek drug poskus izolirali in »izprali« vseh celičnih sestavin in jo med tem za več kot uro in pol »golo« izpostavili vodnemu okolju. Hkrati pa njihov poskus na agaroznem gelu jasno kaže, da je DNK kljub temu ostala pretežno v enem velikem kosu. Takšen rezultat pa je, po interpretaciji dr. Bradleya, v očitnem nasprotju s hipotezo, da ima DNK te bakterije hrbtenico iz arzena.
Dr. Bradley zaključuje svojo kritiko z:
»Na koncu naj omenim, da obstaja še en izredno enostaven poskus, ki bi absolutno končal to debato: direktna analiza nukleotidov. Pokažejo naj, da masni spekter DNK sekvenc izkazuje nukleotide, ki vsebujejo arzen namesto fosforja. To je res enostaven poskus in bi bil izredno prepričljiv – a ga niso izvedli. Ta študija je brez pravih dokazov za DNK na osnovi arzena; na žalost so njihove trditve zgrajene na izredno izredno trhlih temeljih.«
Zaključek
Znanost je veda, ki gradi hkrati na uspehih in tudi neuspehih predstavljenih hipotez. Samo zato, ker se neka hipoteza na koncu izkaže na napačno, še zdaleč ne pomeni, da je bil vložen trud zaman. Verjetno pa velja zaključiti, da se znanosti ne da graditi na plečih medijskega pompa in tiskovnih konferenc. Le-te, kljub morebitnim dobrim namenom v smislu promocije in zbiranja finančnih sredstev, pogosto popačijo čistost znanstvene misli, ki se nato podredi marketingu namesto empiriki. Nasa je že leta 1996 dobila lekcijo, da se prezgodnji medijski pomp lahko hudo maščuje. A očitno se marketinški oddelki prehitro menjajo ali pa imajo kratek spomin. Če bo sedanje odkritje res šlo po isti poti kot takratna »najdba« bakterij v marsovskih meteoritih, potem se bo Nasa morebiti znašla v izredno nezavidljivem položaju, ko bo morala pojasniti, zakaj gre ona večkrat na led kot tisti pregovorni osel.
Ne glede na končno sodbo znanosti o vprašanju obstoja bakterij z arzensko DNK, so se tiskovne konference, čeprav vodene s strani izredno spoštovanih inštitucij, ponovno izkazale za slab indikator verodostojnosti neke nove znanstvene ideje.
Viri za posamezne dele članka so navedeni kot spletne povezave do relevantnih objav in strokovnjakov, ki so te presoje podali.
Novico je napisal Jurij Dreo.