Въпросът как животът на Земята възникна за първи път е въпросът, който хората си задават от незапомнени времена. Въпреки че учените са относително уверени кога се е случило, няма категоричен отговор защо е станало така. Как аминокиселините, химическите градивни елементи на живота, се събраха преди около четири милиарда години, за да създадат първите протеинови молекули?
Въпреки че този въпрос все още не е отговорен, учените правят нови открития, които биха могли да помогнат да го стеснят. Например, наскоро екип от изследователи от Центъра за химическа еволюция на Института на Джорджия (CCT) проведе проучване, което показа как някои от най-ранните предшественици на протеиновата молекула може да са свързани спонтанно, за да образуват верига.
Проучването наскоро се появи в Сборник на Националната академия на науките, Проучването е ръководено от д-р Моран Френкел-Пинтър от Georgia Tech и включва множество изследователи от CCT - което се подкрепя от НАСА и Националната научна фондация (NSF) - със съдействието на д-р Люк Леман и асистент по химия в Scripps Research, медицински изследователски институт с нестопанска цел.
От десетилетия учените имат теории за това как първите аминокиселини се обединиха, за да образуват протеинови молекули. За съжаление всички опити за проверка на тези теории досега се провалят. Както обясни д-р Леман:
„Как химията е довела до сложния живот е един от най-увлекателните въпроси, които човечеството е размишлявало. Има много теории за произхода на протеините, но не толкова експериментална лабораторна подкрепа за тези идеи. "
За своето проучване изследователският екип проведе експеримент, при който малка селекция от аминокиселини (лизин, аргинин и хистидин) бяха поставени заедно с три небиологични конкурентни аминокиселини. След това киселините бяха подложени на условия, подобни на тези, които се смята, че са съществували на Земята по време на Хадеен еон (преди около 4 милиарда години).
Това се състои в поставянето на избраните аминокиселини във вода, съдържаща хидрокси киселини, за които се знае, че улесняват реакциите на аминокиселини и биха били често срещани на пребиотичната Земя. След това сместа се нагрява до 85 ° С °С (185) °F), който ускори реакционния процес и накара водата да се изпари. След това получените химични реакции са изследвани.
За тяхна изненада биологичните аминокиселини спонтанно се образуват в спретнати сегменти, които се свързват заедно чрез а-аминови групи. Тези групи са тези, които са направени от азот и водород и са доста реактивни. Те обаче също са част от ядрото на аминокиселини и други амини, които образуват странични вериги, които се простират от сърцевината (които бяха използвани в този експеримент) често са по-реактивни. Френкел-Пинтър каза:
„Изненада ни, че тази химия благоприятства връзката на а-амина, открита в протеините, въпреки че химичните принципи може да ни накарат да вярваме, че небелтъчната връзка ще бъде благоприятна. Предпочитанието за протеиноподобната връзка пред белтъчините беше около седем до едно. “
Друга изненада беше фактът, че биологичните аминокиселини побеждават небиологичните по отношение на реактивността. Последните киселини, които не се намират в протеините днес, имаха потенциал да реагират химически също толкова добре (или по-добре от) биологичните. Нещо повече, екипът предполагаше, че включването на тези киселини ще даде възможност на биологичните да управляват парите си и дори да доведат до
Реакциите обаче водят най-вече до образуването на пептиди (два или повече изграждащи блока на аминокиселини, свързани помежду си), които са по-близки до днешните действителни протеини. По-специално, изследователите смятали, че небиологичните аминокиселини ще изпреварят биологичната аминокиселина, известна като лизин и че лизинът няма да може да образува вериги надеждно.
И в двата случая те сгрешиха и вместо това установиха, че лизинът влезе предимно във веригите по начин, който е подобен на това, което се случва с протеините днес. От това екипът предположи, че сглобяемите вериги на аминокиселини, които са полезни в живите системи, са се развили преди животът да е намерил начин да произвежда протеини.
Фактът, че техният експеримент показа, че биологичните аминокиселини са предпочитани пред небиологичните, също може да предложи нов поглед защо точно 20 аминокиселини са преминали във формирането на живота. Учените смятат, че е имало над 500 естествено срещащи се киселини на Земята по време на Хадеен еон. Както обяснява Лорен Уилямс, професор по биохимия в Georgia Tech
„Нашата идея е, че животът започна с многото градивни елементи, които бяха там, и избрахме подмножество от тях, но не знаем колко е избран въз основа на чистата химия или колко биологични процеси е извършил селекцията. Ако разгледаме това проучване, изглежда, че днешната биология може да отразява тези ранни пребиотични химични реакции повече, отколкото сме предполагали. "
„В пребиотичната Земя би имало много по-голям набор от аминокиселини. Има ли нещо специално в тези 20 аминокиселини, или те просто се замразиха за момент от еволюцията? “ Накратко, експериментът предполага, че видовете аминокиселини, използвани в протеините, е по-вероятно да се свържат заедно, защото реагират заедно по-ефективно и имат малко неефективни странични реакции.
Накратко, експериментът предполага, че видовете аминокиселини, използвани в протеините, е по-вероятно да се свържат заедно, защото реагират заедно по-ефективно и имат малко неефективни странични реакции. Той също така придава допълнителна достоверност на теорията, че повечето биологични полимери се образуват във влажни и сухи цикли, което е нещо, което изследователите на CCT хав
Тази теория, която гласи, че първите протеини са възникнали върху замърсени с дъжд апартаменти с мръсотия или изпечени на слънце езерни скали, противоречи на по-конвенционалния разказ, че градивните елементи на живота разчитат на редки и катаклизмични събития, както и на множество съставки в за да се появи. Показвайки, че това вероятно е много по-лесен процес, това изследване може да ни доближи една крачка до отключването на тази вековна мистерия.
То би могло да има отражение и в търсенето на живот отвъд Земята. Ако градивните елементи са естествено реактивни и привлечени един към друг, тогава вероятно се увеличават шансовете, че подобни химически реакции са се случили и другаде във Вселената!
