Klausimas, kaip pirmiausia atsirado gyvybė Žemėje, yra tas, kurio žmonės nuo pat neatmenamų laikų kelia sau. Nors mokslininkai gana pasitiki tuo, kada tai atsitiko, galutinio atsakymo, kodėl taip nutiko, nebuvo. Kaip maždaug prieš keturis milijardus metų aminorūgštys, cheminiai gyvybės elementai, susikūrė pirmąsias baltymų molekules?
Nors šis klausimas vis dar neatsakytas, mokslininkai daro naujų atradimų, kurie galėtų padėti jį susiaurinti. Pavyzdžiui, neseniai Džordžijos technologijos instituto Cheminės evoliucijos centro (CCT) tyrėjų komanda atliko tyrimą, kuris parodė, kaip kai kurie ankstyviausi baltymo molekulės pirmtakai galėjo spontaniškai susisieti ir sudaryti grandinę.
Tyrimas neseniai pasirodė Nacionalinės mokslų akademijos leidiniai. Tyrimui vadovavo Moran Frenkel-Pinter iš „Georgia Tech“, jame dalyvavo keli CCT tyrėjai, kuriuos remia NASA ir Nacionalinis mokslo fondas (NSF), padedant dr. Luke'ui Lemanui ir chemijos docentui „Scripps Research“, ne pelno siekiantis medicinos tyrimų institutas.
Dešimtmečiais mokslininkai turėjo teorijų apie tai, kaip pirmosios aminorūgštys susiliejo sudarydamos baltymų molekules. Deja, visi bandymai patikrinti šias teorijas iki šiol nepavyko. Kaip paaiškino daktaras Lemanas:
„Tai, kaip chemija lėmė sudėtingą gyvenimą, yra vienas žaviausių žmonijos klausimų. Yra daug teorijų apie baltymų kilmę, tačiau ne tiek eksperimentinė laboratorinė parama, kiek reikia šioms idėjoms. “
Savo tyrimui tyrimo komanda atliko eksperimentą, kuriame kartu su trimis nebiologinėmis konkuruojančiomis aminorūgštimis buvo įdėtas nedidelis aminorūgščių (lizino, arginino ir histidino) pasirinkimas. Tada rūgštys buvo veikiamos panašiomis sąlygomis, kurios, kaip manoma, egzistavo Žemėje per Hadean eoną (maždaug prieš 4 milijardus metų).
Tai sudarė pasirinktų aminorūgščių įdėjimas į vandenį, kuriame yra hidroksi rūgščių, kurios, kaip žinoma, palengvina aminorūgščių reakcijas ir būtų buvę įprasti prebiotinėje Žemėje. Po to mišinys pašildomas iki 85 ° C °C (185 °F), kuris pagreitino reakcijos procesą ir sukėlė vandens išgaravimą. Tada buvo tiriamos gautos cheminės reakcijos.
Jų nuostabai, biologinės aminorūgštys spontaniškai susiformavo į tvarkingus segmentus, sujungtus per β-aminų grupes. Šios grupės yra sudarytos iš azoto ir vandenilio ir yra gana reaktyvios. Tačiau jie taip pat yra aminorūgščių šerdies dalis ir kiti aminai, sudarantys šonines grandines, besitęsiančias nuo šerdies (kurie buvo naudojami šiame eksperimente), dažnai būna reaktyvesni. Frenkelis-Pinteris sakė:
„Mus nustebino, kad ši chemija palankiai vertina baltymų randamą aminorūgštį, nors cheminiai principai galėjo mus patikėti, kad ryšys su baltymais bus palankesnis. Pirmenybė baltyminiams ryšiams, o ne baltymams, buvo maždaug septyni prieš vieną “.
Kita staigmena buvo tai, kad biologinės aminorūgštys pralenkia nebiologines, atsižvelgiant į reaktyvumą. Pastarosios rūgštys, kurių šiandien nėra baltymuose, turėjo galimybę chemiškai reaguoti taip pat gerai (arba geriau nei) biologines. Dar daugiau, komanda tikėjosi, kad įtraukus šias rūgštis biologinės rūgštys sunaikins savo pinigus ir gali sukelti
Tačiau daugiausia dėl reakcijos susidarė peptidai (du ar daugiau aminorūgščių statybinių blokų, sujungtų tarpusavyje), kurie buvo artimesni dabartiniams baltymams. Visų pirma, tyrėjai manė, kad nebiologinės aminorūgštys pralenktų biologinę aminorūgštį, vadinamą lizinu, ir kad lizinas negalėtų patikimai sudaryti grandinių.
Abiem atvejais jie suklydo ir vietoje to nustatė, kad lizinas daugiausia patenka į grandines tokiu būdu, kuris panašus į tai, kas šiandien vyksta su baltymais. Remiantis tuo, komanda iškėlė hipotezę, kad surenkamos aminorūgščių grandinės, kurios yra naudingos gyvoms sistemoms, išsivystė dar prieš tai, kai gyvenimas rado būdą baltymams gaminti.
Tai, kad jų eksperimentas parodė, jog pirmenybė teikiama biologinėms aminorūgštims, o ne biologinėms, taip pat gali suteikti naujos informacijos apie tai, kodėl tik 20 aminorūgščių pradėjo formuotis gyvybėje. Mokslininkai mano, kad Hadeano eono metu Žemėje buvo daugiau nei 500 natūraliai esančių rūgščių. Kaip aiškina Loren Williams, „Georgia Tech“ biochemijos profesorius
„Mūsų idėja yra ta, kad gyvenimas prasidėjo nuo daugybės statybinių elementų, kurie ten buvo, ir išrinko jų pogrupį, tačiau mes nežinome, kiek jų buvo parinkta remiantis gryna chemija ar kiek biologinių procesų atranka vyko. Pažvelgus į šį tyrimą, atrodo, kad šių dienų biologija labiau atspindi šias ankstyvas prebiotines chemines reakcijas, nei mes manėme “.
Prebiotinėje Žemėje amino rūgščių būtų buvę daug daugiau. Ar yra kažkas ypatingo apie šias 20 aminorūgščių, ar evoliucija jas akimirksniu užšaldė? “ Trumpai tariant, eksperimentas rodo, kad baltymuose naudojamos aminorūgštys yra labiau linkusios susieti, nes jos efektyviau reaguoja kartu ir turi mažai neveiksmingų šalutinių reakcijų.
Trumpai tariant, eksperimentas rodo, kad baltymuose naudojamos aminorūgštys yra labiau linkusios susieti, nes jos efektyviau reaguoja kartu ir turi mažai neveiksmingų šalutinių reakcijų. Tai taip pat suteikia papildomo patikimumo teorijai, kad dauguma biologinių polimerų susiformuoja per šlapius ir sausus ciklus, o tai yra kažkas, ką CCT tyrėjai turi
Ši teorija, teigianti, kad pirmieji baltymai atsirado ant lietaus nušluotų nešvarumų butų ar saulėje iškeptų ežero pakrančių, prieštarauja labiau įprastam pasakojimui, kad gyvenimo statybiniai blokai remiasi retais ir kataklizminiais įvykiais, taip pat daugybe ingredientų, esančių įsakymas atsirasti. Parodydamas, kad tai greičiausiai buvo daug tiesesnis procesas, šis tyrimas galėjo mus dar vienu žingsniu priartinti prie šios senos paslapties atradimo.
Tai taip pat gali turėti įtakos ieškant gyvybės už Žemės ribų. Jei gyvenimo elementai natūraliai reaguoja ir traukia vienas kitą, tai greičiausiai padidina šansus, kad panašios cheminės reakcijos vyko kitur Visatoje!
