Jautājums par to, kā vispirms radās dzīvība uz Zemes, ir tāds, kuru cilvēki sev uzdod kopš neatminamiem laikiem. Lai gan zinātnieki ir diezgan pārliecināti par to, kad tas notika, nav saņemta skaidra atbilde, kāpēc tā notika. Kā aminoskābes, dzīves ķīmiskie pamatelementi, sanāca aptuveni pirms četriem miljardiem gadu, lai izveidotu pirmās olbaltumvielu molekulas?
Kamēr uz šo jautājumu joprojām nav atbildēts, zinātnieki veic jaunus atklājumus, kas varētu palīdzēt to sašaurināt. Piemēram, pētnieku grupa no Džordžijas Tehnoloģiju institūta Ķīmiskās evolūcijas centra (CCT) nesen veica pētījumu, kas parādīja, kā daži no agrākajiem olbaltumvielu molekulas priekšgājējiem, iespējams, ir spontāni sasaistījušies, veidojot ķēdi.
Pētījums nesen parādījās Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti. Pētījumu vadīja Dr Moran Frenkel-Pinter no Georgia Tech, un tajā bija iesaistīti vairāki CCT pētnieki - kurus atbalsta NASA un Nacionālais zinātnes fonds (NSF) - ar palīdzību no Dr. Luke Leman un ķīmijas profesora Scripps Research, bezpeļņas medicīnas pētījumu institūts.
Gadu desmitiem zinātniekiem ir teorijas par to, kā pirmās aminoskābes sanāca kopā, veidojot olbaltumvielu molekulas. Diemžēl visi mēģinājumi pārbaudīt šīs teorijas līdz šim ir bijuši neveiksmīgi. Kā paskaidroja Dr. Lemans:
“Kā ķīmija noveda pie sarežģītas dzīves, ir viens no aizraujošākajiem jautājumiem, ko cilvēce ir apdomājusi. Ir daudz teoriju par olbaltumvielu izcelsmi, bet ne tik liels eksperimentālais laboratorijas atbalsts šīm idejām. ”
Savam pētījumam pētniecības grupa veica eksperimentu, kurā nelielu aminoskābju (lizīna, arginīna un histidīna) atlasi ievietoja kopā ar trim nebioloģiskām konkurējošām aminoskābēm. Pēc tam skābes tika pakļautas apstākļiem, kas bija līdzīgi tiem, kas, domājams, pastāvēja uz Zemes Hadean Eon laikā (apmēram pirms 4 miljardiem gadu).
Tas sastāvēja no izvēlēto aminoskābju ievietošanas ūdenī, kas satur hidroksi skābes, par kurām ir zināms, ka tās veicina aminoskābju reakcijas, un tās būtu bijušas izplatītas uz prebiotiskās Zemes. Pēc tam maisījumu uzsildīja līdz 85 ° C °C (185 °F), kas paātrināja reakcijas procesu un izraisīja ūdens iztvaikošanu. Pēc tam tika pētītas iegūtās ķīmiskās reakcijas.
Viņu pārsteigumam, bioloģiskās aminoskābes spontāni izveidojās kārtīgos segmentos, kas savstarpēji savienojās caur p-amīnu grupām. Šīs grupas ir tās, kuras ir izgatavotas no slāpekļa un ūdeņraža un ir diezgan reaģējošas. Tomēr tie ir arī aminoskābju kodola daļa un citi amīni, kas veido sānu ķēdes, kas stiepjas no kodola (kas tika izmantoti šajā eksperimentā), bieži ir reaktīvāki. Frenkel-Pinter teica:
“Tas mūs pārsteidza, ka šī ķīmija deva priekšroku olbaltumvielās sastopamajam aminoskābju savienojumam, kaut arī ķīmiskie principi mums varēja likt domāt, ka labvēlīgs ir savienojums, kas nav olbaltumvielu savienojums. Priekšroka olbaltumvielu veida saiknei ar olbaltumvielām bija aptuveni septiņi pret vienu. ”
Vēl viens pārsteigums bija fakts, ka bioloģiskās aminoskābes reaktivitātes ziņā pārspēj nebioloģiskās. Pēdējām skābēm, kuras mūsdienās nav sastopamas olbaltumvielās, bija potenciāls ķīmiski reaģēt tikpat labi (vai labāk nekā) bioloģiskajām. Turklāt komanda paredzēja, ka šo skābju iekļaušana ļaus bioloģiskajām skābēm darboties par viņu naudu un, iespējams, pat izraisīt
Tomēr reakciju rezultātā lielākoties veidojās peptīdi (divi vai vairāk aminoskābju veidojošie bloki, kas savienoti kopā), kas bija tuvāk mūsdienu reālajiem proteīniem. Jo īpaši pētnieki domāja, ka nebioloģiskās aminoskābes pārspēs bioloģisko aminoskābi, kas pazīstama kā lizīns, un ka lizīns nespēs droši veidot ķēdes.
Abos gadījumos viņi kļūdījās un tā vietā secināja, ka lizīns galvenokārt nonāk ķēdēs tādā veidā, ka tas ir līdzīgs tam, kas šodien notiek ar olbaltumvielām. Pēc tam komanda izvirzīja hipotēzi, ka saliekamās aminoskābju ķēdes, kas ir noderīgas dzīvās sistēmās, attīstījās vēl pirms dzīve bija atradusi veidu, kā ražot olbaltumvielas.
Fakts, ka viņu eksperiments parādīja, ka bioloģiskajām aminoskābēm tiek dota priekšroka salīdzinājumā ar nebioloģiskajām, var arī sniegt jaunu ieskatu par to, kāpēc tieši 20 aminoskābes iesaistījās dzīvības veidošanā. Zinātnieki uzskata, ka Hadean Eon laikā uz Zemes atradās vairāk nekā 500 dabiski sastopamas skābes. Kā skaidro Loren Williams, uzņēmuma Georgia Tech bioķīmijas profesors
“Mūsu ideja ir tāda, ka dzīve sākās ar daudzajiem tur esošajiem celtniecības blokiem un tika izvēlēta to apakškopa, bet mēs nezinām, cik daudz tika izvēlēts, pamatojoties uz tīru ķīmiju, vai cik daudz bioloģisko procesu veica atlase. Aplūkojot šo pētījumu, šķiet, ka šodienas bioloģija var atspoguļot šīs agrīnās prebiotiskās ķīmiskās reakcijas vairāk, nekā mēs bijām domājuši. ”
“Prebiotiskajā Zemē būtu bijis daudz lielāks aminoskābju komplekts. Vai šajās 20 aminoskābēs ir kaut kas īpašs, vai arī evolūcija tās noteiktā brīdī tikai sasaldēja? ” Īsāk sakot, eksperiments liek domāt, ka olbaltumvielās izmantotie aminoskābju veidi, visticamāk, ir savstarpēji saistīti, jo tie efektīvāk reaģē kopā un tiem ir maz neefektīvu blakusreakciju.
Īsāk sakot, eksperiments liek domāt, ka olbaltumvielās izmantotie aminoskābju veidi, visticamāk, ir savstarpēji saistīti, jo tie efektīvāk reaģē kopā un tiem ir maz neefektīvu blakusreakciju. Tas arī piešķir papildu ticamību teorijai, ka vairums bioloģisko polimēru veidojas mitros un sausos ciklos, kas ir kaut kas CCT pētnieku
Šī teorija, kurā teikts, ka pirmie proteīni radās uz lietus aizskalotiem netīrumu dzīvokļiem vai saulē ceptiem ezermalas klintīm, ir pretrunā ar ierastāko stāstījumu, ka dzīves pamatne ir atkarīga no retām un kataklizmiskām parādībām, kā arī no vairākām sastāvdaļām pavēle parādīties. Parādot, ka tas, visticamāk, bija daudz tiešāks process, šis pētījums varētu mūs padarīt par vienu soli tuvāk šī laikmeta noslēpuma atklāšanai.
Tam varētu būt ietekme arī uz dzīvības meklēšanu ārpus Zemes. Ja dzīves elementi ir dabiski reaģējoši un piesaista viens otru, tas, iespējams, palielina izredzes, ka līdzīgas ķīmiskās reakcijas notika arī citur Visumā!
