Klausimas, kaip čia Žemėje pirmą kartą atsirado gyvybė, yra paslaptis, kurios mokslininkai vis dar nesupranta. Nepaisant visko, ką mokslininkai sužinojo iš fosilijų ir geologinės istorijos, vis dar nežinoma, kaip organinė gyvybė atsirado iš neorganinių elementų (procesas, žinomas kaip abiogenezė) prieš milijardus metų.
Vienas iš bauginančių paslapties aspektų yra susijęs su peptidais ir fermentais, kurie patenka į „vištienos ir kiaušinio“ situaciją. Neseniai tai sprendžia Londono universiteto koledžo (UCL) mokslininkų komanda atliko tyrimą kuris veiksmingai parodė, kad peptidai galėjo susidaryti analogiškomis pirmykštės Žemės sąlygomis.
Tyrimas, kuriame išsamiai aprašomos jų išvados, neseniai buvo paskelbtas moksliniame žurnaleGamta.Tyrimo grupei vadovavo dr. Matthew Powneris, organinės chemijos skaitytojas iš UCL Chemijos katedros, įskaitant Pierre'ą Canavelli ir dr. Saidul Islam – abu jie yra UCL organinės ir biologinės chemijos skyriaus mokslininkai.
Seka, kurioje aminorūgštys ir peptidai susijungia ir sudaro organines ląsteles. Kreditas: peptidesciences.com
Kaip Powneris paaiškino savo tyrimo tikslą neseniai duotame interviu UCL News:
„Peptidai, kurie yra aminorūgščių grandinės, yra absoliučiai būtinas visos gyvybės Žemėje elementas. Jie sudaro baltymų audinį, kuris yra biologinių procesų katalizatorius, tačiau jiems patiems reikia fermentų, kad galėtų kontroliuoti jų susidarymą iš aminorūgščių. Taigi susidūrėme su klasikine vištienos ir kiaušinio problema – kaip buvo pagaminti pirmieji fermentai?
Kaip jie nurodo savo tyrime, praeityje daug tyrimų buvo skirta išsiaiškinti, kaip peptidai pirmą kartą susiformavo ir leido atsirasti gyvybei. Tačiau visi ankstesni tyrimai buvo skirti aminorūgštims, o ne jų cheminių pirmtakų (žinomų aminonitrilų) reaktyvumui.
Nors aminonitrilams reikalingos atšiaurios sąlygos, kad susidarytų aminorūgštys (paprastai stipriai rūgštinės arba šarminės), aminorūgštys turi būti įkrautos energija, kad susidarytų peptidai. Tačiau mokslininkai rado būdą, kaip apeiti abu šiuos veiksmus, parodydami, kad peptidai gali būti pagaminti tiesiogiai iš daug energijos turinčių aminonitrilų.
Jų metodas pasinaudojo įmontuotu aminonitrilų reaktyvumu su kitomis molekulėmis, kurios buvo Žemės pirminės aplinkos dalis. Procesą sudarė sieros vandenilio sujungimas su aminonitrilais ir cheminiu substratu fericianidu ([Fe(CN)6]3?) vandenyje, kuris davė peptidus.
Tai parodė, kad aminonitrilai patys gali sudaryti peptidinius ryšius vandenyje ir lengviau nei aminorūgštys. Be to, tai parodė, kad tai gali įvykti esant tokioms sąlygoms ir cheminėms medžiagoms, kurios išsiskiria ugnikalnio išsiveržimų metu ir kurios tikriausiai buvo Žemėje prieš milijardus metų. Sakė Pierre'as Canavelli, pirmasis tyrimo autorius:
'Kontroliuojama sintezė, reaguojant į aplinkos ar vidinius dirgiklius, yra esminis medžiagų apykaitos reguliavimo elementas, todėl manome, kad peptidų sintezė galėjo būti natūralaus ciklo, kuris vyko labai ankstyvoje gyvybės evoliucijoje, dalis.'
„Tai pirmas kartas, kai įtikinamai įrodyta, kad peptidai susidaro nenaudojant aminorūgščių vandenyje, naudojant palyginti švelnias sąlygas, kurios gali būti primityvioje Žemėje“, – pridūrė bendraautorius dr. Saidulis Islamas.
Šie atradimai gali turėti reikšmingos įtakos abiogenezės tyrimams, taip pat gyvybės paieškoms ekstrasaulinėse planetose. Jie taip pat gali būti naudingi sintetinės chemijos srityje, nes amido jungčių susidarymas yra būtinas sintetinių medžiagų, bioaktyvių, gamybai. Palyginti su įprastais komerciniais cheminiais procesais, šis naujas metodas yra efektyvesnis ir daug ekonomiškesnis.
Menininko įspūdis apie Archeano eoną Žemėje. Kreditas: Smithsonian / Peter Sawyer
Žvelgdama į ateitį, tyrėjų komanda nori tęsti savo tyrimus ieškodama kitų būdų, kuriais aminonitrilai gali sukelti peptidus. Jie taip pat šiuo metu tiria funkcines peptidų, kuriuos jų eksperimentas sukūrė, savybes, tikėdamiesi geriau suprasti, kaip jie galėjo padėti sukelti gyvybės formavimąsi Žemėje. prieš 4 milijardus metų.
Po daugelio kartų bandymų (ir nesėkmingų) atkurti gyvybės elementus, ar gali būti, kad mokslininkai paprasčiausiai tai darė atgal? Ir ar tai reiškia, kad ekologiškos technologijos gali būti visai šalia? Tik laikas parodys…