Kysymys siitä, kuinka elämä syntyi täällä maan päällä, on mysteeri, joka ei edelleenkään väistä tutkijoita. Huolimatta kaikesta, mitä tiedemiehet ovat oppineet fossiilihistoriasta ja geologisesta historiasta, ei vieläkään tiedetä, kuinka orgaaninen elämä syntyi epäorgaanisista alkuaineista (prosessi tunnetaan nimellä abiogeneesi) miljardeja vuosia sitten.
Yksi mysteerin pelottavimmista puolista liittyy peptideihin ja entsyymeihin, jotka osuvat 'kana ja muna' -tilanteeseen. Tähän puuttui äskettäin University College Londonin (UCL) tutkijaryhmä suoritti tutkimuksen joka osoitti tehokkaasti, että peptidit olisivat voineet muodostua muinaisen maan kanssa analogisissa olosuhteissa.
Tutkimus, jossa kerrotaan heidän tuloksistaan, julkaistiin äskettäin tieteellisessä lehdessäLuonto.Tutkimusryhmää johti tohtori Matthew Powner, orgaanisen kemian lukija UCL:n kemian laitokselta, ja siihen kuuluivat Pierre Canavelli ja tohtori Saidul Islam – jotka molemmat ovat tutkijoita UCL:n orgaanisen ja biologisen kemian osastosta.
Sekvenssi, jossa aminohapot ja peptidit yhdistyvät muodostaen orgaanisia soluja. Luotto: peptidesciences.com
Kuten Powner selitti tutkimuksensa tarkoituksen hiljattain UCL Newsin haastattelussa:
'Peptidit, jotka ovat aminohappoketjuja, ovat ehdottoman välttämättömiä koko maapallon elämälle. Ne muodostavat proteiinikudoksen, jotka toimivat biologisten prosessien katalyytteinä, mutta ne itse vaativat entsyymejä hallitsemaan niiden muodostumista aminohapoista. Meillä on siis ollut klassinen kana-muna-ongelma – miten ensimmäiset entsyymit valmistettiin?
Kuten he osoittavat tutkimuksessaan, huomattava tutkimus menneisyydessä on omistettu selvittääkseen, kuinka peptidit alun perin muodostuivat ja mahdollistivat elämän syntymisen. Kaikki aiemmat tutkimukset ovat kuitenkin keskittyneet aminohappoihin pikemminkin kuin niiden kemiallisten esiasteiden (tunnetaan aminonitriileinä) reaktiivisuuteen.
Kun aminonitriilit vaativat ankarat olosuhteet aminohappojen muodostamiseksi (tyypillisesti vahvasti happamia tai emäksisiä), aminohappoja on ladattava energialla peptidien muodostamiseksi. Tutkijat löysivät kuitenkin tavan ohittaa nämä molemmat vaiheet osoittamalla, että peptidejä voidaan valmistaa suoraan energiarikkaista aminonitriileistä.
Heidän menetelmänsä käytti hyväkseen aminonitriilien sisäänrakennettua reaktiivisuutta muiden molekyylien kanssa, jotka olivat osa Maan alkuympäristöä. Prosessi koostui rikkivedyn yhdistämisestä aminonitriilien ja kemiallisen substraatin ferrisyanidin ([Fe(CN)) kanssa6]3?) vedessä, joka tuotti peptidejä.
Tämä osoitti, että aminonitriilit pystyvät saamaan aikaan peptidisidoksen muodostumisen vedessä yksinään ja helpommin kuin aminohapot. Lisäksi se osoitti, että tämä voisi tapahtua olosuhteissa ja kemikaaleissa, jotka vapautuvat tulivuorenpurkausten aikana ja joita oli todennäköisesti maapallolla miljardeja vuosia sitten. Pierre Canavelli, tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja, sanoi:
'Säädelty synteesi vasteena ympäristön tai sisäisille ärsykkeille on olennainen osa aineenvaihdunnan säätelyä, joten uskomme, että peptidisynteesi olisi voinut olla osa luonnollista kiertoa, joka tapahtui elämän hyvin varhaisessa evoluutiossa.'
'Tämä on ensimmäinen kerta, kun peptidien on vakuuttavasti osoitettu muodostuvan käyttämättä aminohappoja vedessä, käyttämällä suhteellisen lempeitä olosuhteita, jotka todennäköisesti ovat saatavilla primitiivisellä maapallolla', lisäsi toinen kirjoittaja tohtori Saidul Islam.
Näillä löydöillä voi olla merkittäviä vaikutuksia abiogeneesin tutkimukseen sekä elämän etsimiseen auringon ulkopuolisilla planeetoilla. Ne voivat olla hyödyllisiä myös synteettisen kemian alalla, koska amidisidoksen muodostuminen on välttämätöntä synteettisten materiaalien valmistuksessa, bioaktiivinen. Verrattuna perinteisiin kemiallisiin prosesseihin, joita käytetään kaupallisesti, tämä uusi menetelmä on tehokkaampi ja paljon kustannustehokkaampi.
Taiteilijan näkemys arkeanisesta eonista maan päällä. Luotto: Smithsonian/Peter Sawyer
Tulevaisuudessa tutkimusryhmä pyrkii jatkamaan tutkimuksiaan etsimällä muita tapoja, joilla aminonitriilit voivat johtaa peptideihin. He myös tutkivat parhaillaan heidän kokeilunsa tuottamien peptidien toiminnallisia ominaisuuksia toivoen ymmärtävänsä paremmin, kuinka ne olisivat voineet auttaa laukaisemaan elämän muodostumisen maapallolla. 4 miljardia vuotta sitten.
Monien sukupolvien yrittämisen (ja epäonnistumisen) jälkeen elämän rakennuspalikoiden uudelleenluominen voi olla mahdollista, että tiedemiehet ovat vain ajaneet asiaa taaksepäin? Ja tarkoittaako tämä sitä, että orgaaninen teknologia voisi olla aivan nurkan takana? Vain aika näyttää…
