Oamenii de știință se apropie de rezolvarea misterului chimic al originii vieții

Această descoperire susține ideea că multe dintre componentele cheie ale vieții s-ar fi putut forma devreme și s-ar fi combinat pentru a forma celule vii.

„De ce avem viață? De ce regulile chimiei înseamnă că viața de aici arată așa cum arată?” a spus Matthew Bowner, autor principal al cărții Lucrare de cercetare. Acestea sunt „doar cele mai fascinante întrebări la care putem răspunde”.

Deși organismele variază foarte mult ca aspect, ele sunt făcute din aceleași blocuri chimice de bază, numite metaboliți primari, care sunt direct implicați în creșterea și dezvoltarea celulelor. Exemplele includ aminoacizii care ajută la formarea proteinelor și nucleotidelor care formează acidul ribonucleic (ARN) și ADN-ul.

Noul experiment de laborator s-a concentrat pe originile unui alt metabolit esențial: coenzima A, care se află în centrul metabolismului în toate domeniile vieții (ca una dintre numeroasele sale funcții). De exemplu, compusul joacă un rol vital în eliberarea energiei din carbohidrați, grăsimi și proteine ​​în organismele care au nevoie de oxigen, dar servește și funcții metabolice în formele de viață care nu au nevoie de oxigen, cum ar fi multe bacterii.

Mai exact, Pawner și echipa sa căutau să recreeze o anumită parte a moleculei de coenzimă A numită pantetină. Pantetina este brațul funcțional al coenzimei A și este adesea transportată și permite alte reacții chimice să apară în organism. Acest capăt se numește cofactor și acționează ca un comutator, fără el, coenzima nu ar fi utilizabilă.

„Toate procesele noastre metabolice depind de un mic subset al acestor factori comuni”, a spus biologul Aaron Goldman, care nu a fost implicat în studiu. „Acest lucru i-a determinat pe cercetători să sugereze că acești aceiași factori comuni ar putea fi precedat enzimele mai mari și mai complexe în timpul originii și evoluției timpurii a vieții”.

Unii cercetători au sugerat că formele de viață timpurii ar putea fi folosit pantetina pentru a stoca energie înainte de evoluția energiei mai mari și mai complexe pe care celulele o folosesc astăzi, a spus Goldman.

Dacă da, misterul rămâne: de unde a venit pantetina?

„Nu ne putem întoarce în timp. Nu ne putem întoarce la originea vieții. Nu putem găsi mostre din acel interval de timp”, a spus Pawner, profesor la University College London. „Singura noastră capacitate de a obține miezul acestei probleme este de a o reconstrui și de a începe „De la zero, reproiectarea celulei și înțelegerea de ce este nevoie pentru a construi un organism”.

Construirea Pantethene a fost dificilă. El a spus că molecula este „ciudată” după standardele biochimice. Semăna foarte mult cu structura peptidelor (lanțuri de aminoacizi) folosite pentru a construi proteine, dar avea câteva proprietăți ciudate – elemente neobișnuite care se aflau în locuri ciudate – care păreau să-i confere o structură mai complexă.

Compusul este o rață atât de curioasă încât oamenii de știință au sugerat anterior că este prea complex pentru a fi făcut din molecule de bază. Alții au încercat și nu au reușit să creeze pantethene, crezând că nici măcar nu a existat la originile vieții. Mulți oameni de știință credeau că biologia a creat o versiune simplă a acesteia, care ar fi evoluat pentru a deveni mai complexă în timp, cum ar fi construirea unei cabane și transformarea ei ulterior într-un palat.

Cu toate acestea, echipa a mers la laborator. Ei s-au concentrat în primul rând pe utilizarea materialelor care ar fi fost abundente pe Pământul timpuriu, cum ar fi cianura de hidrogen și apa. Primii pași ai reacției au durat aproximativ o zi, dar pasul final a durat 60 de zile, cea mai lungă reacție făcută vreodată de laboratorul Boulder. În cele din urmă, echipa a încetat să mai reacționeze „parțial pentru că ne-am plictisit”, a spus el. Dar rezultatul a fost multă pantetină.

Succesul echipei în comparație cu studiile eșuate efectuate de alții folosind compuși pe bază de azot numiți nitril. Acești compuși au furnizat energia atât de necesară pentru a cataliza reacțiile. Fără nitril, este ca și cum ai avea o mașină de tuns iarba, dar fără gaz pentru a o muta.

„Cred că este foarte surprinzător că nimeni nu a încercat. Dacă le amesteci pe toate, toate vor fi reciproc reactive între ele”, a spus Jasper Fairchild, doctorand la University College London, care a condus experimentul. Pe haos, dar nu o faci. Puteți obține pur și simplu pantetina. Și pentru mine, asta este foarte frumos.”

Cercetătorii au spus că pe Pământul timpuriu, reacția ar fi putut avea loc în bazine mici sau lacuri de apă. Cu toate acestea, oceanele mari au diluat probabil concentrația de substanțe chimice.

Chimistul Joseph Moran, care nu a fost implicat în studiu, a spus: „Acesta este un alt exemplu frumos al modului în care moleculele vieții, chiar și cele mai complexe precum coenzimele, sunt pe cale să se formeze”.

O rețetă simplă pentru o moleculă atât de complexă ar putea reimagina cum a început viața pe Pământ. Din punct de vedere istoric, spune Pawner, oamenii de știință au sugerat că moleculele biologice au apărut treptat, ca și cum ar fi devreme. Lumea ARN-ului Ceea ce a dus mai târziu la apariția proteinelor și a altor substanțe chimice.

Dar noua descoperire arată că multe dintre elementele esențiale ale vieții ar fi putut fi create simultan din aceleași substanțe chimice și condiții de bază, producând simultan proteine, ARN și alte componente. De fapt, studiile anterioare ale echipei au folosit condiții și reacții similare pentru a crea nucleotide (care ajută la producerea ADN-ului) și peptide (care ajută la producerea proteinelor). Aceste elemente de bază ar fi putut să vină împreună, să interacționeze între ele și, în cele din urmă, să fi condus la originea vieții.

O mai bună înțelegere a modului în care se formează și fuzionează aceste componente ar putea ajuta, într-o zi, oamenii de știință să creeze viață din materiale stabile în laborator sau chiar pe o altă planetă.

„Suntem departe de a putea face asta [from scratch] — Fă un stup, spuse Pawner. „Este posibil ca acest lucru să nu se întâmple în timpul vieții mele, dar suntem pe cale de a înțelege modul în care aceste molecule funcționează împreună.”

Acest articol face parte din Planetă ascunsăo rubrică care explorează știința minunată, neașteptată și bizară a planetei noastre și nu numai.