Küsimus, kuidas elu Maa peal esmakordselt tekkis, on üks, mida inimesed on juba ammusest ajast endalt küsinud. Ehkki teadlased on selle toimumise suhtes suhteliselt kindlad, pole lõplikku vastust sellele, miks see juhtus. Kuidas said aminohapped, elu keemilised ehitusplokid, umbes neli miljardit aastat tagasi kokku, et luua esimesi valgu molekule?
Ehkki sellele küsimusele pole veel vastatud, teevad teadlased uusi avastusi, mis võiksid seda kitsendada. Näiteks viis hiljuti Georgia Tehnoloogiainstituudi Keemilise Evolutsiooni Keskuse (CCT) teadlaste meeskond läbi uuringu, mis näitas, kuidas mõned valgu molekuli varasemad eelkäijad võivad olla spontaanselt aheldatud, moodustades ahela.
Uuring ilmus hiljuti ajakirjas Riikliku Teaduste Akadeemia toimetised. Uuringut juhtis Georgia Tech dr Moran Frenkel-Pinter ning selles osalesid mitmed CCT teadlased - keda toetavad NASA ja Riiklik teadusfond (NSF) - abiga dr Luke Leman ja keemia dotsent Scripps Research, mittetulunduslik meditsiiniline uurimisinstituut.
Aastakümneid on teadlastel olnud teooriaid selle kohta, kuidas esimesed aminohapped valgu molekulid moodustasid. Kahjuks on kõik katsed neid teooriaid kontrollida seni ebaõnnestunud. Nagu dr Leman selgitas:
“See, kuidas keemia viis keerulise elu juurde, on üks põnevamaid küsimusi, mida inimkond on mõelnud. Valkude päritolu kohta on palju teooriaid, kuid nende ideede jaoks ei toetata mitte niivõrd eksperimentaalset laboratoorset tuge. ”
Uurimisrühm viis oma uuringu jaoks läbi katse, kus väike valik aminohappeid (lüsiin, arginiin ja histidiin) pandi koos kolme mittebioloogilise konkureeriva aminohappega. Happed allutati seejärel tingimustele, mis olid sarnased sellega, mida arvatakse eksisteerinud Maal Hadean Eoni ajal (umbes 4 miljardit aastat tagasi).
See seisnes valitud aminohapete panemises vette, mis sisaldab hüdroksühappeid, mis teadaolevalt hõlbustavad aminohapete reaktsioone ja oleksid tavalised prebiootilisel Maal. Seejärel kuumutati segu temperatuurini 85 ° C °C (185 °F), mis kiirendas reaktsiooniprotsessi ja põhjustas vee aurustumise. Seejärel uuriti saadud keemilisi reaktsioone.
Nende üllatuseks, bioloogilised aminohapped moodustusid spontaanselt puhasteks segmentideks, mis olid ühendatud a-amiinirühmade kaudu. Need rühmad on lämmastikust ja vesinikust koosnevad rühmad, mis on üsna reageerivad. Kuid nad on ka osa aminohapete tuumast ja teised amiinid, mis moodustavad tuumast ulatuvad külgahelad (mida selles katses kasutati), on sageli reaktiivsemad. Frenkel-Pinter ütles:
„See üllatas meid, et see keemia soosis valkudes leiduvat a-amiini ühendust, ehkki keemilised põhimõtted võisid meid uskuda, et valkudevaba ühendus oleks eelistatav. Valgulaadse sideme eelistamine mittevalgu suhtes oli umbes seitse kuni üks. ”
Veel üks üllatus oli asjaolu, et bioloogilised aminohapped tõrjusid reaktiivsuse osas välja mittebioloogilised. Viimastel hapetel, mida tänapäeval valkudes ei leidu, oli potentsiaal reageerida keemiliselt sama hästi (või paremini kui) bioloogilistele hapetele. Veelgi enam, meeskond arvas, et nende hapete lisamine võimaldab bioloogilistel hapetel oma raha kulutada ja võib viia isegi
Reaktsioonide tulemuseks oli enamasti peptiidide (kaks või enam omavahel ühendatud aminohapete ehitusplokki) moodustumine, mis olid lähedasemad tänapäeva tegelikele valkudele. Eelkõige arvasid teadlased, et mittebioloogilised aminohapped konkureerivad lüsiinina tuntud bioloogilise aminohappega ja lüsiin ei suuda usaldusväärselt ahelaid moodustada.
Mõlemal juhul olid nad valed ja leidsid selle asemel, et lüsiin läks peamiselt ahelatesse viisil, mis sarnaneb tänapäeval valkudega toimuvale. Sellest lähtuvalt püstitas meeskond hüpoteesi, et elusasüsteemides kasulikud kokkupandavad aminohapete ahelad arenesid välja juba enne, kui elu oli leidnud viisi valkude valmistamiseks.
Fakt, et nende katse näitas, et bioloogilisi aminohappeid eelistatakse mittebioloogilistele, võib pakkuda ka uut teavet selle kohta, miks just 20 aminohapet elu moodustasid. Teadlaste arvates oli Hadean Eoni ajal Maal üle 500 looduslikult esineva happe. Nagu selgitab Georgia Tech biokeemia professor Loren Williams
„Meie idee on see, et elu sai alguse paljudest seal asuvatest ehitusplokkidest ja valis neist välja alamhulga, kuid me ei tea, kui palju valiti puhta keemia põhjal või kui palju bioloogilisi protsesse valis. Seda uuringut vaadates näib, et tänapäeva bioloogia võib neid varasemaid prebiootilisi keemilisi reaktsioone kajastada rohkem, kui me arvasime. "
“Prebiootilises Maas oleks olnud palju suurem aminohapete komplekt. Kas nendes 20 aminohappes on midagi erilist või kas evolutsioon lihtsalt külmutas need mingil ajahetkel? ” Lühidalt, eksperiment viitab sellele, et valkudes kasutatavad aminohapete liigid on tõenäolisemalt seotud, kuna need reageerivad tõhusamalt ja neil on vähe ebaefektiivseid kõrvalreaktsioone.
Lühidalt, eksperiment viitab sellele, et valkudes kasutatavad aminohapete liigid on tõenäolisemalt seotud, kuna need reageerivad tõhusamalt ja neil on vähe ebaefektiivseid kõrvalreaktsioone. See annab ka täiendava usutavuse teooriale, mille kohaselt enamik bioloogilisi polümeere moodustus niisketes ja kuivades tsüklites - see on asi, mis CCT teadlastel on
See teooria, mis väidab, et esimesed valgud tekkisid vihmaga pühitud mustusekorterites või päikese käes küpsetatud järvekallastel, on vastuolus tavapärasema narratiiviga, mille kohaselt elu ehituskivid tuginevad haruldastele ja kataklüsmilistele sündmustele, aga ka mitmetele koostisosadele kord ilmneda. Näitades, et see oli tõenäoliselt palju sirgjoonelisem protsess, võiks see uurimistöö viia meid ühe sammu lähemale selle ealise mõistatuse vabastamisele.
See võib mõjutada ka elu otsimist väljaspool Maad. Kui elu alustalad on loomulikult reageerivad ja meelitavad üksteist, suurendab see tõenäoliselt tõenäosust, et sarnased keemilised reaktsioonid toimusid ka mujal universumis!
