Vědci jsou stále blíže k vyřešení chemické záhady původu života

Tento objev podporuje myšlenku, že mnoho klíčových složek života se mohlo zformovat brzy a zkombinovat do živých buněk.

„Proč máme život? Proč pravidla chemie znamenají, že život tady vypadá tak, jak vypadá?“ řekl Matthew Bowner, hlavní autor knihy Výzkumný papír. To jsou „jen ty nejúžasnější otázky, na které můžeme odpovědět“.

Přestože se organismy vzhledem velmi liší, jsou vyrobeny ze stejných základních chemických stavebních bloků, nazývaných primární metabolity, které se přímo podílejí na růstu a vývoji buněk. Příklady zahrnují aminokyseliny, které pomáhají budovat proteiny a nukleotidy, které tvoří ribonukleovou kyselinu (RNA) a DNA.

Nový laboratorní experiment se zaměřil na původ dalšího esenciálního metabolitu: koenzymu A, který leží v srdci metabolismu ve všech oblastech života (jako jedna z jeho mnoha funkcí). Například sloučenina hraje zásadní roli při uvolňování energie ze sacharidů, tuků a bílkovin v organismech, které potřebují kyslík, ale také slouží metabolickým funkcím u forem života, které kyslík nepotřebují, jako je mnoho bakterií.

Konkrétně Pawner a jeho tým chtěli znovu vytvořit specifickou část molekuly koenzymu A nazývanou pantethin. Pantethin je funkčním ramenem koenzymu A a je často transportován a umožňuje další chemické reakce v těle. Tento konec se nazývá kofaktor a funguje jako spínač, bez něj by koenzym nebyl použitelný.

„Všechny naše metabolické procesy závisí na malé podskupině těchto společných faktorů,“ řekl Aaron Goldman, biolog z Oberlin College, který se studie nezúčastnil. „To vedlo vědce k domněnce, že tyto stejné společné faktory mohly předcházet větším, složitějším enzymům během vzniku a rané evoluce života.“

Někteří výzkumníci navrhli, že rané formy života mohly používat pantethin k ukládání energie před evolucí větších a složitějších buněk energetické měny, které dnes používají, řekl Goldman.

Pokud ano, zůstává záhadou: odkud se vzal pantethine?

„Nemůžeme se vrátit v čase. Nemůžeme se vrátit k původu života. Nemůžeme najít vzorky z tohoto časového rámce,“ řekl Pawner, profesor na University College London. „Naše jediná schopnost získat jádrem tohoto problému je rekonstruovat ji a začít „Od nuly, přebudování buňky a pochopení toho, co je potřeba k vybudování organismu.“

Stavba Pantethene byla náročná. Řekl, že molekula je podle biochemických standardů „podivná“. Velmi se podobal struktuře peptidů (řetězců aminokyselin) používaných ke stavbě proteinů, ale měl několik podivných vlastností – neobvyklé prvky, které byly na zvláštních místech – které mu zřejmě dodávaly složitější strukturu.

Tato sloučenina je tak zvláštní kachna, že vědci dříve navrhli, že je příliš složitá na to, aby byla vyrobena ze základních molekul. Jiní se pokusili vytvořit pantethen a selhali, protože věřili, že v počátcích života ani neexistoval. Mnoho vědců věřilo, že biologie vytvořila jeho jednoduchou verzi, která by se postupem času vyvíjela, aby se stala složitější, jako je stavba chaty a její pozdější přeměna v palác.

Tým však šel do laboratoře. Zaměřili se především na použití materiálů, které by byly hojné na rané Zemi, jako je kyanovodík a voda. Prvních pár kroků reakce trvalo asi den, ale poslední krok trval 60 dní, nejdelší reakce, kterou kdy laboratoř Boulder provedla. Tým nakonec přestal reagovat „částečně proto, že jsme se nudili,“ řekl. Ale výsledkem bylo hodně pantethinu.

Úspěch týmu ve srovnání s neúspěšnými studiemi provedenými jinými s použitím sloučenin na bázi dusíku nazývaných nitril. Tyto sloučeniny poskytovaly tolik potřebnou energii ke katalýze reakcí. Bez nitrilu je to jako mít sekačku na trávu, ale bez plynu.

„Myslím, že je velmi překvapivé, že to nikdo nezkusil. Pokud je všechny smícháte dohromady, budou všechny vzájemně reagovat,“ řekl Jasper Fairchild, kandidát na Ph.D. na University College London, který experiment vedl. Na chaos, ale ty ne. Můžete získat jen pantethine. A pro mě je to velmi krásné.“

Vědci uvedli, že na rané Zemi k reakci mohlo dojít v malých bazénech nebo jezerech s vodou. Velké oceány však pravděpodobně zředily koncentraci chemikálií.

Chemik Joseph Moran, který se na studii nepodílel, řekl: „Toto je další krásný příklad toho, jak se mohou tvořit molekuly života, dokonce i ty nejsložitější, jako jsou koenzymy.“

Jednoduchý recept na tak složitou molekulu by mohl znovu představit, jak začal život na Zemi. Historicky, říká Pawner, vědci navrhli, že biologické molekuly se objevovaly postupně, jakoby brzy Svět RNA Což později vedlo ke vzniku proteinů a dalších chemikálií.

Ale nový objev ukazuje, že mnoho základních prvků života mohlo být vytvořeno současně ze stejných základních chemikálií a podmínek, produkujících proteiny, RNA a další složky současně. Ve skutečnosti předchozí studie týmu používaly podobné podmínky a reakce k vytvoření nukleotidů (které pomáhají vytvářet DNA) a peptidů (které pomáhají vytvářet proteiny). Tyto základní prvky se mohly spojit, vzájemně se ovlivňovat a nakonec vést ke vzniku života.

Lepší pochopení toho, jak se tyto komponenty tvoří a spojují dohromady, by jednoho dne mohlo vědcům pomoci vytvořit život ze stabilních materiálů v laboratoři nebo dokonce na jiné planetě.

„Nejsme zdaleka schopni to udělat [from scratch] „Udělej úl,“ řekl Pawner. „To se možná nestane za mého života, ale jsme na cestě k pochopení toho, jak tyto molekuly spolupracují.“

Tento článek je součástí Skrytá planetasloupek, který zkoumá podivuhodnou, nečekanou a bizarní vědu o naší planetě i mimo ni.