Jak wynika z nowego badania prowadzonego przez naukowców z UCL, w laboratorium zsyntetyzowano związek chemiczny niezbędny dla wszystkich żywych istot w warunkach, jakie mogły panować na wczesnej Ziemi, co sugeruje, że odgrywał on rolę na początku życia.
Związek ten, panteteina, jest aktywnym fragmentem koenzymu A. Jest ważny dla metabolizmu – procesów chemicznych podtrzymujących życie. We wcześniejszych badaniach nie udało się skutecznie zsyntetyzować panteteiny, co doprowadziło do sugestii, że nie występowała ona w początkach życia.
W nowym badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Science, zespół badawczy stworzył związek w wodzie o temperaturze pokojowej, używając cząsteczek utworzonych z cyjanowodoru, którego prawdopodobnie było dużo na wczesnej Ziemi.
Naukowcy stwierdzili, że łatwo sobie wyobrazić, w jaki sposób panteteina mogła wspomagać reakcje chemiczne, które doprowadziły od prostych prekursorów cząsteczek białek i RNA do pierwszych żywych organizmów – moment, który, jak się przypuszcza, miał miejsce 4 miliardy lat temu – stwierdzili naukowcy.
Badanie podważa pogląd niektórych badaczy w tej dziedzinie, że woda jest zbyt destrukcyjna, aby mogło w niej powstać życie, oraz że życie najprawdopodobniej powstało w okresowo wysychających basenach.
Za reakcje, w wyniku których powstała panteteina, odpowiedzialne były bogate w energię cząsteczki zwane aminonitrylami, które są chemicznie blisko spokrewnione z aminokwasami, czyli elementami budulcowymi białek i życia.
Członkowie tego samego zespołu, kierowanego przez profesora Matthew Poownera (UCL Chemistry), wykorzystali już podobną chemię wykorzystującą aminonitryle, aby wykazać, w jaki sposób w początkach życia mogą powstać inne kluczowe składniki biologiczne, w tym peptydy (łańcuchy aminokwasów tworzące białka ) i nukleotydy (elementy budulcowe RNA i DNA).
Profesor Poowner, starszy autor artykułu, powiedział: „To nowe badanie stanowi kolejny dowód na to, że podstawowe struktury biologiczne, czyli główne cząsteczki, z których zbudowana jest biologia, są predysponowane do tworzenia się w wyniku chemii nitrylu.
„Łatwość, z jaką można tworzyć różne klasy cząsteczek biologicznych przy użyciu nitryli, przekonała mnie, że zamiast życia poprzedzanego jedną cząsteczką, taką jak RNA, i istnienia „świata RNA” przed powstaniem życia, wyłoniły się podstawowe cząsteczki biologiczne obok siebie – sieć RNA, białek, enzymów i kofaktorów prowadząca do powstania pierwszych żywych organizmów.
„Nasza przyszła praca będzie dotyczyła sposobu, w jaki te cząsteczki się połączyły, w jaki sposób chemia panteteiny oddziałuje na przykład z chemią RNA, peptydów i lipidów, aby dostarczyć chemię, której poszczególne klasy cząsteczek nie byłyby w stanie zapewnić w izolacji”.
Godną uwagi wcześniejszą próbę syntezy panteteiny podjął w 1995 roku nieżyjący już amerykański chemik Stanley Miller, który trzy dekady wcześniej rozpoczął eksperymenty w dziedzinie pochodzenia życia, tworząc aminokwasy z czterech prostych substancji chemicznych w szklanych probówkach.
Jednakże w późniejszym eksperymencie z 1995 r. wydajność panteteiny była bardzo niska i wymagała niezwykle wysokich stężeń środków chemicznych, które zostały wysuszone i zamknięte w hermetycznej rurce przed podgrzaniem do 100 stopni Celsjusza.
Dr Jasper Fairchild (UCL Chemistry), główny autor badania, który przeprowadził tę pracę w ramach swojego doktoratu, powiedział: „Główna różnica między badaniem Millera a naszym polega na tym, że Miller próbował zastosować chemię kwasową, my użyliśmy nitryli. nitryle, które zapewniają energię i selektywność. Nasze reakcje przebiegają po prostu w wodzie i dają wysoką wydajność panteteiny przy stosunkowo niskim stężeniu potrzebnych środków chemicznych”.
Profesor Poowner dodał: „Zakładano, że cząsteczki te należy wytwarzać z kwasów, ponieważ stosowanie kwasów wydaje się mieć charakter biologiczny i tego nas uczą w szkole i na uniwersytecie. Uczono nas, że peptydy składają się z aminokwasów.
„Nasza praca sugeruje, że ten konwencjonalny pogląd zignorował istotny składnik, czyli energię potrzebną do wytworzenia nowych wiązań. Reakcje wyglądają nieco inaczej w przypadku nitryli, ale produkty końcowe – podstawowe jednostki biologiczne – są nie do odróżnienia, czy powstają w wyniku działania kwasu czy nitrylu chemia.”
Chociaż artykuł skupia się wyłącznie na chemii, zespół badawczy stwierdził, że zademonstrowane przez nich reakcje mogły prawdopodobnie zachodzić w basenach lub jeziorach wodnych na wczesnej Ziemi (ale jest to mało prawdopodobne w oceanach, ponieważ stężenia substancji chemicznych byłyby prawdopodobnie zbyt duże) rozcieńczony).
Nowe badanie zostało wsparte przez Radę ds. Badań nad Inżynierią i Naukami Fizycznymi, Fundację Simonsa i Fundację Volkswagena. W wyniku swojej pracy nad początkami życia profesor Powner został finalistą konkursu Blavatnik Awards 2021 dla młodych naukowców. Nagrody przyznawane są naukowcom w wieku do 42 lat, których badania „już zmieniają technologię i nasze rozumienie świata”.