Химики вывели новую формулу зарождения жизни на Земле - Nature Chemistry - Поиск - новости науки и техники
Поиск - новости науки и техники

Химики вывели новую формулу зарождения жизни на Земле – Nature Chemistry

29.07.2022

Давным-давно, когда наша планета была совсем молодой, на ней не было жизни. Позже в результате химических реакций появились строительные блоки самых первых одноклеточных существ – аминокислоты и нуклеиновые кислоты. Они объединились  таким образом, чтобы продолжить цепную реакцию, в результате которой появилась жизнь на планете. 

Ученые не совсем уверены в мелких деталях возникновения жизни – это прозиошло миллиарды лет назад и не оставило никаких следов в палеонтологической летописи. Но используя знания о химии ранней Земли, специалисты обнаружили новую серию химических реакций, которые могли произвести эти биологические строительные блоки на нашей планете.

«Мы придумали новую парадигму, чтобы объяснить этот переход от пребиотической к биотической химии, — отметил химик Раманарайан Кришнамурти из Исследовательского института Скриппса. – Мы думаем, что описанные нами реакции, вероятно, могли произойти на ранней Земле».

Реконструкция того, как могла развиваться биотическая химия, в значительной степени является экспериментальной. Ученые берут то, что им известно о текущих биологических процессах, и пытаются воссоздать их в лабораторных условиях, используя химию ранней Земли (до 3,7 миллиардов лет назад).

Данные свидетельствуют о том, что одной из присутствующих молекул был цианид. Парадоксально, но смертелен для потребления, он, возможно, способствовал возникновению жизни на Земле. Роль Cyanide в этом процессе изучалась рядом команд по всему миру. Ранее в этом году Кришнамурти и его коллеги показали, как цианид может легко производить основные органические молекулы при комнатной температуре и в широком диапазоне значений рН. При добавлении некоторого количества углекислого газа эта реакция действительно ускоряется.

Все это заставило исследователей задуматься, смогут ли они повторить успех, пытаясь создать более сложные органические молекулы — аминокислоты, из которых состоят все белки в живых клетках.

Предшественниками аминокислот являются молекулы, называемые α-кетокислотами, которые реагируют с азотом и ферментами с образованием аминокислот. Хотя α-кетокислоты, вероятно, существовали на ранней Земле, ферментов не было, что привело ученых к выводу, что вместо этого аминокислоты должны были образоваться из предшественников, называемых альдегидами. Однако это поднимает множество других вопросов, например, когда α-кетокислоты взяли верх.

Кришнамурти с коллегами считали: может существовать путь, по которому α-кетокислоты способны образовывать аминокислоты без присутствия ферментов. Ученые они начали с α-кетокислот и добавили цианид, поскольку их предыдущие эксперименты показали, что он эффективный двигатель химических реакций, в результате которых образуются органические молекулы.

Затем был добавлен аммиак, соединение азота и водорода, также присутствующее на ранней Земле, чтобы внести необходимый азот. Потребовалось несколько проб и ошибок, чтобы прояснить все окончательно. В своей предыдущей работе исследователи выяснили, что ключом оказался углекислый газ.

«Мы ожидали, что разобраться в этом будет довольно сложно, а оказалось, что это даже проще, чем мы себе представляли, — заметил Кришнамурти . – Если вы смешаете только кетокислоту, цианид и аммиак, он просто останется там. Как только вы добавите углекислый газ, даже следовые количества, реакция наберет скорость».

В совокупности общие результаты команды показывают, что углекислый газ был жизненно важным ингредиентом для возникновения жизни на Земле, но только в сочетании с другими составляющими. Команда также обнаружила, что побочным продуктом их реакций является молекула, похожая на вырабатываемое в живых клетках соединение – оротат. Это один из строительных блоков нуклеиновых кислот, включая ДНК и РНК.

Результаты команды очень похожи на реакции, которые происходят в живых клетках сегодня. Команда считает, что их открытие представляет собой более вероятный сценарий появления пребиотических молекул, чем альдегидная гипотеза.

Следующим шагом будет проведение дальнейших экспериментов с “химическим бульоном”, чтобы увидеть, какие другие пребиотические молекулы могут появиться. В свою очередь, это поможет установить правдоподобность и неправдоподобность различных сценариев, описывающих  зарождение всей жизни на Земле.

Нет комментариев

Загрузка...
Новости СМИ2