Химики обнаружили более правдоподобный рецепт зарождения жизни на Земле

Янв 09, 2018 Леонид Гляделов

Новости науки:
Химики из Исследовательского института Скриппса (TSRI) разработали увлекательную новую теорию о том, как зародилась жизнь на Земле.

Их эксперименты, описанные в журнале Nature Communications, показывают, что ключевые химические реакции, которые поддерживают жизнь сегодня, могли быть выполнены с компонентами, которые вероятно присутствовали на планете четыре миллиарда лет назад.

Подробнее:

«Это был черный ящик для нас», - сказал Раманараяна Кришнамурти, доктор философии, помошник профессора химии в TSRI и старший автор нового исследования. «Но если вы сосредоточитесь на химии, вопросы истоков жизни станут менее сложными».

Для нового исследования Кришнамурти и его соавторы, которые являются членами Национального научного фонда / Национального центра по аэронавтике и исследованию космического пространства для химической эволюции, сосредоточились на серии химических реакций, которые составляют то, что исследователи называют циклом лимонной кислоты.

Каждый аэробный организм, от фламинго до грибов, полагается на цикл лимонной кислоты, чтобы высвободить накопленную энергию в клетках. В предыдущих исследованиях, исследователи представляли себе раннюю жизнь, используя те же молекулы для цикла лимонной кислоты, что и сегодня. Проблема с этим подходом, Кришнамурти, объясняется тем, что эти биологические молекулы хрупки, а химические реакции, используемые в цикле, не существовали бы в первые миллиарды лет Земли - ингредиенты просто еще не существовали.

Лидеры нового исследования сначала начали с химических реакций. Они написали рецепт, а затем определили, какие молекулы, присутствующие на ранней Земле, могли бы работать как ингредиенты.

В новом исследовании описывается, как два небиологических цикла, называемые циклом HKG и малонатным циклом, могли собраться вместе, чтобы начать сырую версию цикла лимонной кислоты. В двух циклах используются реакции, которые выполняют ту же основную химию а-кетокислот и b-кетокислот, что и в цикле лимонной кислоты. Эти общие реакции включают добавки альдола, которые приносят новые молекулы источника в циклы, а также бета и окислительные декарбоксилирования, которые выделяют молекулы в виде двуокиси углерода (СО2).

Когда они проводили эти реакции, исследователи обнаружили, что они могут продуцировать аминокислоты в дополнение к CO2, которые также являются конечными продуктами цикла лимонной кислоты. Исследователи считают, что по мере появления биологических молекул, таких как ферменты, они могли бы привести к замене небиологических молекул в этих фундаментальных реакциях, чтобы сделать их более сложными и эффективными.

«Химия могла оставаться неизменной с течением времени, это изменило природу молекул», - говорит Кришнамурти. « Молекулы эволюционировали со временем более сложными, основываясь на том, что нужно биологии».
«Современный метаболизм имеет предшественника, шаблон, который был не биологическим», добавляет Грег Спрингстин, доктор философии, первый автор нового исследования и заместитель профессора химии в Университете Фурмана.

Эти реакции еще более правдоподобны, так как в центре этих реакций есть молекула, называемая глиоксилатом, которая, как показывают исследования, могла быть доступна на ранней Земле и является частью цикла лимонной кислоты сегодня (так называемый «глиоксилат-шунт или цикл»).

Кришнамурти говорит, что необходимо провести дополнительные исследования, чтобы понять, как эти химические реакции могут стать такими же устойчивыми, как цикл лимонной кислоты сегодня.