Aminokiseline, „osnovne cigle života“, nastaju lako u neživoj prirodi (abiogeno), ali malo veći „blokovi života“, peptidi (polimeri aminokiselina) nastaju već mnogo teže. Zašto? Zato što pred polimerizacijom aminokiselina stoje dvije zapreke, kinetička i termodinamička. Iza tog lakonskog izraza,  „kinetička i termodinamička zapreka“ krije se nemogućnost da se molekule aminokiselina spontano spoje u veće molekule, dipeptide, tripeptide, tertapeptide... ukratko u peptide od koji su se, postepenom evolucijom, razvili funkcionalni polipeptidi (proteini), a od njih i prvi život na Zemlji. Tako govore suvremene teorije o postanku života.

U čarobnom sjaju dijamanta ne bismo mogli uživati da nema „kinetičke zapreke“ koja sprječava njegov prijelaz u drugu alotropsku modifikaciju ugljika, naime grafit. Do toga, nastajanja grafita iz dijamanta, istina, dolazi ali tako sporo da se ne može opaziti ni nakon deset milijardi godina. No „termodinamička zapreka“ mnogo je ozbiljnija. Grafit se ne može pretvoriti u dijamant (pri normalnom tlaku) kao što voda ne može poteći uzbrdo. Isto vrijedi za aminokiseline. One se ne mogu spontano spajati u peptide zato jer se peptidi mogu spontano razložiti na aminokiseline. No i kada se reakcija nekako okrene u drugom smjeru – od razlaganja na sintezu peptida – opet je tako spora da se „nikad“ ne dešava.

Reakciju nije teško ubrzati (npr. katalizom ili zagrijavanjem), no kako je okrenuti u suprotan smjer?

Opet zagrijavanjem. To je napravio još šezdesetih godina prošloga stoljeća američki kemičar Sidney Fox kada je polako zagrijavao i isparavao otopinu aminokselina te tako dobio peptide. To je bila senzacija no, nažalost, samo djelomičan uspjeh. Osim peptida su naime nastali i mnogi drugi kemijski spojevi, pa iako je pokus dobro zamišljen s geokemijskog stanovišta (isparavanje vode na vrućoj vulkanskoj stijeni) nije baš jasno kako je od te čudne smjese svega i svačega moglo niknuti nešto tako uređeno i usklađeno kao što je to živa stanica.

Drugi put vodi prema pronalasku kondenzacijskog reagensa, naime tvari koja bi pomogla udruživanju (kondenzaciji) aminokiselina u peptide. I evo jednog takvog: zove se fosforna kiselina (H₃PO₄), a mjesto zbivanja su kapljice u oblacima ili na krijesti morskih valova u ona davna vremena kada „Zemlja bijaše pusta i prazna i Duh Božji lebdio je nad vodama“.

No nećemo ići tako daleko, četiri milijarde godina u prošlost, nego ćemo radije pogledati što se dogodilo u kemijskom laboratoriju prije godinu dana. Riječ je o radu devetorice kineskih znanstvenika što su ga objavili u časopisu The Journal of Physical Chemistry pod naslovom „Water microdroplets allow spontaneously abiotic production of peptides“. Naslov je jasan, izravan (Mikrokapljice vode omogućuju spontano nastajanje peptida), a pokus što su ga izveli je jednostavan, ne kompliciraniji od sprejanja, recimo onog kojim se branimo od komaraca.  

Reakcijska otopina uvodi se injekcijom u struju dušika i potom se raspršuje na izlazu iz cijevi na 1–50 µm velike (mikro)kapljice. Kapljice se električki nabijaju kako se ne bi prije vremena spojile, a zatim završavaju u spektrometru masa (MS) radi analize. Taj uređaj ionizira molekule koje se potom raspadaju na fragmente, također električki pozitivno nabijene. Odvajanjem fragmentata u magnetskom polju može se zaključiti od kojih molekula oni potječu, a iz toga se vidi je li se što spojilo ili nije. Je li se spojilo?

Sve ovisi što se spaja i koliko se spaja. Istraživali su polimere četiri aminokiseline, dvije jednostavne, glicina i alanina, i dvije složenije strukture, tirozina i glutamina. Uspjeli su spojiti 2,5 do 3,3 % molekula aminokiselina u dipeptid. Za divno čudo, to su postigli za manje od tisućinku sekunde (250 µs). (Kad su produžili reakciju na nekoliko milisekundi, iskorištenje je doseglo vrijednost od 75 %.) Kako je to moguće?

Tajna je u fosfornoj kiselini koja se veže za aminokiseline i, još više, u kapljicama čija unutrašnja površina pogoduje reakciji povezivanja aminokiselina u dipeptide. Kada su proces podrobnije analizirali, ustanovili su da reakcija na graničnoj površini kapljica uspijeva zbog povećanja entropije. To se vidjelo i variranjem veličine kapljica: reakcija u sitnijim kapljicama dala je bolje iskorištenje.

I na kraju, ono najvažnije: koliko je ovakav scenarij postanka života realan? U predavnom je oceanu, nema sumnje, bilo mnogo aminokiselina, no to se ne bi moglo reći i za fosfornu kiselinu. Njezina je koncentracija u eksperimentu kineskih znanstvenika bila jednaka koncentraciji aminokiselina, naime 5 mmol/L (oko 1 g/L), što je poprilično visoko za uvjete kakvi su vladali na našem planetu. Usto ovim postupkom nastaju samo dimeri aminokiselina, naime dipeptidi, a to su ipak premale molekule da bi od njih moglo nastati nešto živo. Pa opet: na reakciji s fosfornom kiselinom, fosforilaciji, kojom se tumači djelovanje fosforne kiseline na polimerizaciju aminokiselina, temelje se gotovo sve metaboličke promjene u živim bićima, pa i (bio)sinteza proteina (ovaj put posredstvom adenozin-trifosfata, ATP).

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Bavio se bioanorganskom kemijom, molekulskim modeliranjem te poviješću znanosti, posebice kemije. Član je Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske te udruge Pro Geo Hrvatska. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, te izdanja Vjesnikove kuće. Autor je i 13 znanstveno-popularnih knjiga od kojih je jednu, „The Cookbook of Life – New Theories on the Origin of Life“ (izišlu 2018. godine), napisao na engleskom jeziku. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.