Întrebarea despre cum a apărut viața pe Pământ pentru prima dată este una pe care oamenii și-au pus-o singură vreme. În timp ce oamenii de știință sunt relativ încrezători în momentul în care s-a întâmplat, nu a existat niciun răspuns definitiv cu privire la motivul pentru care s-a întâmplat. Cum s-au reunit aminoacizii, elementele chimice ale vieții, cu aproximativ patru miliarde de ani în urmă pentru a crea primele molecule de proteine?
În timp ce această întrebare nu este încă răspuns, oamenii de știință fac noi descoperiri care ar putea ajuta la reducerea acesteia. De exemplu, o echipă de cercetători de la Centrul de Evoluție Chimică al Institutului de Tehnologie din Georgia (CCT) a efectuat recent un studiu care a arătat cum unii dintre primii predecesori ai moleculei proteice s-au putut lega spontan pentru a forma un lanț.
Studiul a apărut recent în Procesul Academiei Naționale de Științe. Studiul a fost condus de dr. Moran Frenkel-Pinter din Georgia Tech și a inclus mai mulți cercetători de la CCT - care este susținută de NASA și Fundația Națională de Știință (NSF) - cu asistența Dr. Luke Leman și profesor asistent de chimie la Scripps Research, un institut de cercetare medicală non-profit.
Timp de zeci de ani, oamenii de știință au avut teorii despre modul în care primii aminoacizi s-au reunit pentru a forma molecule de proteine. Din păcate, toate încercările de verificare a acestor teorii au eșuat până acum. După cum a explicat Dr. Leman:
„Cum a dus chimia la o viață complexă este una dintre cele mai fascinante întrebări pe care omenirea le-a avut în vedere. Există o mulțime de teorii despre originile proteinelor, dar nu atât de mult suport experimental de laborator pentru aceste idei. ”
Pentru studiul lor, echipa de cercetare a efectuat un experiment în care au fost plasate o mică selecție de aminoacizi (lizină, arginină și histidină) împreună cu trei aminoacizi concurenți non-biologici. Acizii au fost apoi supuși unor condiții similare cu cele despre care se crede că au existat pe Pământ în timpul Eonului Hadean (aproximativ 4 miliarde de ani în urmă).
Aceasta a constat în introducerea aminoacizilor selectați în apă care conține hidroxi acizi, despre care se știe că facilitează reacțiile de aminoacizi și ar fi fost obișnuită pe Pământul prebiotic. Amestecul a fost apoi încălzit la 85 ° C °C (185 °F), care a accelerat procesul de reacție și a făcut ca apa să se evapore. Reacțiile chimice rezultate au fost apoi studiate.
Spre surprinderea lor, aminoacizii biologici s-au format în mod spontan în segmente înguste care s-au legat împreună prin grupări a -amină. Aceste grupe sunt cele care sunt fabricate din azot și hidrogen și sunt destul de reactive. Cu toate acestea, ele sunt, de asemenea, parte din nucleul aminoacizilor și alte amine care formează catene laterale care se extind din miez (care au fost utilizate în acest experiment) sunt adesea mai reactive. Frenkel-Pinter a spus:
Ne-a surprins faptul că această chimie a favorizat conexiunea? -Amină găsită în proteine, chiar dacă principiile chimice ne-au putut conduce să credem că conexiunea non-proteică ar fi favorizată. Preferința pentru legătura asemănătoare proteinei față de non-proteine a fost de aproximativ șapte la unu. ”
O altă surpriză a fost faptul că aminoacizii biologici i-au bătut pe cei non-biologici din punct de vedere al reactivității. Acești din urmă, care nu se găsesc în proteinele de astăzi, au avut potențialul de a reacționa chimic la fel de bine (sau mai bine decât) cei biologici. Ba mai mult, echipa a anticipat că includerea acestor acizi le va oferi celor biologice o alergare pentru banii lor și ar putea duce chiar la
Cu toate acestea, reacțiile au avut ca rezultat mai ales formarea de peptide (două sau mai multe blocuri de aminoacizi legate între ele) care erau mai aproape de proteinele actuale. În special, cercetătorii au crezut că aminoacizii non-biologici ar întrece aminoacizii biologici cunoscuți ca lizină și că lizina nu va putea forma în mod sigur lanțuri.
În ambele cazuri, au greșit și au descoperit, în schimb, că lizina a intrat în principal în lanțuri într-un mod care este similar cu ceea ce se întâmplă cu proteinele de astăzi. Din aceasta, echipa a emis ipoteza că lanțurile de aminoacizi prefabricate, utile în sistemele vii, au evoluat înainte ca viața să fi găsit o modalitate de a face proteine.
Faptul că experimentul lor a arătat că aminoacizii biologici sunt preferați față de cei non-biologici poate oferi, de asemenea, o perspectivă nouă de ce doar 20 de aminoacizi au intrat în formarea vieții. Oamenii de știință cred că au fost peste 500 de acizi care apar în mod natural prezenți pe Pământ în timpul Eonului Hadean. După cum explică Loren Williams, profesor de biochimie la Georgia Tech
„Ideea noastră este că viața a început cu numeroasele blocuri care au fost acolo și au selectat un subset dintre ele, dar nu știm cât a fost selectat pe baza chimiei pure sau cât de multe procese biologice au făcut selecția. Analizând acest studiu, se pare că biologia de astăzi poate reflecta aceste reacții chimice prebiotice timpurii mai mult decât ne-am fi gândit. ”
„Pe Pământul prebiotic, ar fi existat un set mult mai mare de aminoacizi. Există ceva special în legătură cu acești 20 de aminoacizi, sau au fost înghețați la un moment dat în timp de evoluție? ” Pe scurt, experimentul sugerează că tipurile de aminoacizi folosiți în proteine sunt mai susceptibile de a se lega împreună, deoarece reacționează împreună mai eficient și au puține reacții adverse ineficiente.
Pe scurt, experimentul sugerează că tipurile de aminoacizi folosiți în proteine sunt mai susceptibile de a se lega împreună, deoarece reacționează împreună mai eficient și au puține reacții adverse ineficiente. De asemenea, acordă o credibilitate suplimentară teoriei conform căreia majoritatea polimerilor biologici s-au format în cicluri umede și uscate, ceea ce cercetătorii CCT au
Această teorie, care afirmă că primele proteine au apărut pe apartamentele de murdărie măcinate de ploaie sau pe rocile de lac la cuptor la soare, este în contradicție cu narativul mai convențional potrivit căruia blocurile vieții se bazează pe evenimente rare și cataclismice, precum și pe ingrediente multiple în pentru a ieși la iveală. Arătând că este probabil un proces mult mai simplu, această cercetare ne-ar putea aduce cu un pas mai aproape de deblocarea acestui mister vechi.
De asemenea, ar putea avea implicații în căutarea vieții dincolo de Pământ. Dacă blocurile de viață sunt în mod natural reactive și sunt atrase unele de altele, atunci probabil crește șansele că reacțiile chimice similare au avut loc în altă parte a Universului!
