Οι ερευνητές μπορεί να βρήκαν το αποδεικτικό στοιχείο που λείπει που εξηγεί την προέλευση της ζωής
Το ερώτημα για το πώς πρωτοεμφανίστηκε η ζωή εδώ στη Γη είναι ένα μυστήριο που συνεχίζει να διαφεύγει από τους επιστήμονες. Παρά όλα όσα έχουν μάθει οι επιστήμονες από το αρχείο απολιθωμάτων και τη γεωλογική ιστορία, δεν είναι ακόμη γνωστό πώς προέκυψε η οργανική ζωή από ανόργανα στοιχεία (μια διαδικασία γνωστή ως αβιογένεση) πριν από δισεκατομμύρια χρόνια.
Μια από τις πιο τρομακτικές πτυχές του μυστηρίου έχει να κάνει με τα πεπτίδια και τα ένζυμα, τα οποία εμπίπτουν σε μια κατάσταση «κοτόπουλου και αυγού». Αντιμετωπίζοντας αυτό, μια ομάδα ερευνητών από το University College του Λονδίνου (UCL) πρόσφατα πραγματοποίησε μελέτη που απέδειξε αποτελεσματικά ότι τα πεπτίδια θα μπορούσαν να έχουν σχηματιστεί σε συνθήκες ανάλογες με την αρχέγονη Γη.
Η μελέτη που αναλύει τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικόΦύση.Επικεφαλής της ερευνητικής ομάδας ήταν ο Δρ. Matthew Powner, Αναγνώστης Οργανικής Χημείας στο Τμήμα Χημείας του UCL, και περιλάμβανε τον Pierre Canavelli και τον Dr. Saidul Islam – οι οποίοι και οι δύο είναι ερευνητές στο Τμήμα Οργανικής και Βιολογικής Χημείας του UCL.
Η αλληλουχία όπου τα αμινοξέα και τα πεπτίδια ενώνονται για να σχηματίσουν οργανικά κύτταρα. Πίστωση: peptidesciences.com
Όπως εξήγησε ο Πάουνερ τον σκοπό της μελέτης τους σε μια πρόσφατη συνέντευξη στο UCL News:
«Τα πεπτίδια, τα οποία είναι αλυσίδες αμινοξέων, είναι ένα απολύτως απαραίτητο στοιχείο όλης της ζωής στη Γη. Σχηματίζουν τον ιστό των πρωτεϊνών, οι οποίες χρησιμεύουν ως καταλύτες για βιολογικές διεργασίες, αλλά οι ίδιοι απαιτούν ένζυμα για τον έλεγχο του σχηματισμού τους από τα αμινοξέα. Είχαμε λοιπόν ένα κλασικό πρόβλημα με το κοτόπουλο και το αυγό – πώς δημιουργήθηκαν τα πρώτα ένζυμα;»
Όπως υποδεικνύουν στη μελέτη τους, σημαντική έρευνα στο παρελθόν έχει αφιερωθεί στο να μάθουν πώς σχηματίστηκαν αρχικά τα πεπτίδια και επέτρεψαν την εμφάνιση της ζωής. Ωστόσο, όλες οι προηγούμενες έρευνες επικεντρώθηκαν στα αμινοξέα και όχι στην αντιδραστικότητα των χημικών προδρόμων τους (γνωστά ως αμινονιτρίλια).
Ενώ τα αμινονιτρίλια απαιτούν σκληρές συνθήκες για να σχηματίσουν αμινοξέα (συνήθως έντονα όξινα ή αλκαλικά), τα αμινοξέα πρέπει να επαναφορτιστούν με ενέργεια για να σχηματίσουν πεπτίδια. Ωστόσο, οι ερευνητές βρήκαν έναν τρόπο να παρακάμψουν και τα δύο αυτά στάδια, αποδεικνύοντας ότι τα πεπτίδια θα μπορούσαν να παραχθούν απευθείας από πλούσια σε ενέργεια αμινονιτρίλια.
Η μέθοδός τους εκμεταλλεύτηκε την ενσωματωμένη αντιδραστικότητα των αμινονιτριλίων με τα άλλα μόρια που ήταν μέρος του αρχέγονου περιβάλλοντος της Γης. Η διαδικασία συνίστατο στον συνδυασμό υδρόθειου με αμινονιτρίλια και το χημικό υπόστρωμα σιδηροκυανίδιο ([Fe(CN)6]3;) σε νερό, το οποίο απέδωσε πεπτίδια.
Αυτό που έδειξε αυτό ήταν ότι τα αμινονιτρίλια είναι ικανά να επιτύχουν σχηματισμό πεπτιδικού δεσμού στο νερό μόνα τους και με μεγαλύτερη ευκολία από τα αμινοξέα. Επιπλέον, έδειξε ότι αυτό θα μπορούσε να συμβεί εν μέσω συνθηκών και χημικών ουσιών που ξεπερνούν τα αέρια κατά τη διάρκεια ηφαιστειακών εκρήξεων και που πιθανότατα υπήρχαν στη Γη πριν από δισεκατομμύρια χρόνια. Ο Pierre Canavelli, ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης είπε:
«Η ελεγχόμενη σύνθεση, ως απόκριση σε περιβαλλοντικά ή εσωτερικά ερεθίσματα, είναι ένα ουσιαστικό στοιχείο της μεταβολικής ρύθμισης, επομένως πιστεύουμε ότι η σύνθεση πεπτιδίων θα μπορούσε να ήταν μέρος ενός φυσικού κύκλου που έλαβε χώρα στην πολύ πρώιμη εξέλιξη της ζωής».
«Είναι η πρώτη φορά που αποδεικνύεται πειστικά ότι σχηματίζονται πεπτίδια χωρίς τη χρήση αμινοξέων στο νερό, χρησιμοποιώντας σχετικά ήπιες συνθήκες που πιθανόν να είναι διαθέσιμες στην πρωτόγονη Γη», πρόσθεσε ο συν-συγγραφέας Δρ. Saidul Islam.
Αυτά τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στη μελέτη της αβιογένεσης, καθώς και στην αναζήτηση ζωής σε εξωηλιακούς πλανήτες. Μπορούν επίσης να είναι χρήσιμα στον τομέα της συνθετικής χημείας αφού ο σχηματισμός αμιδικού δεσμού είναι απαραίτητος για την κατασκευή συνθετικών υλικών, βιοδραστικών. Σε σύγκριση με τις συμβατικές χημικές διεργασίες που χρησιμοποιούνται στο εμπόριο, αυτή η νέα μέθοδος είναι πιο αποτελεσματική και πολύ πιο οικονομική.
Η εντύπωση του καλλιτέχνη για τον αρχαίο αιώνα στη Γη. Συντελεστής: Smithsonian/Peter Sawyer
Κοιτάζοντας το μέλλον, η ερευνητική ομάδα προσπαθεί να συνεχίσει τις μελέτες της βρίσκοντας άλλους τρόπους με τους οποίους τα αμινονιτρίλια μπορούν να οδηγήσουν σε πεπτίδια. Επί του παρόντος, διερευνούν επίσης τις λειτουργικές ιδιότητες των πεπτιδίων που παρήγαγε το πείραμά τους με την ελπίδα να κατανοήσουν καλύτερα πώς θα μπορούσαν να έχουν συμβάλει στην πυροδότηση του σχηματισμού ζωής στη Γη περίπου. 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.
Μετά από πολλές γενιές προσπαθειών (και αποτυχίας) να αναδημιουργήσουν τα δομικά στοιχεία της ζωής, μήπως οι επιστήμονες απλώς το έκαναν προς τα πίσω; Και αυτό σημαίνει ότι η βιολογική τεχνολογία θα μπορούσε να είναι προ των πυλών; Μόνο ο χρόνος θα δείξει…
