Forskere fik et gennembrud på livets oprindelse, og det kunne ændre alt

Scientists Made a Breakthrough on Life’s Origin and It Could Change Everything

Forskere har opnået et stort gennembrud i retning af at opklare mysteriet om, hvordan liv først opstod på Jorden, og om det kunne eksistere andre steder i universet, rapporterer en ny undersøgelse.

Et mangeårigt mysterium – måske mysteriet, eksistentielt set – er, hvordan liv opstod fra ikke-levende eller abiotiske kemikalier. For første gang nogensinde har forskere ved Purdue University vist, at peptider, som er strenge af aminosyrer, der er afgørende byggesten i livet, spontant kan dannes i vanddråber under hurtige reaktioner, der opstår, når vand møder atmosfæren – f.eks. når en bølge rammer en sten og kaster en tåget spray op. Dette kunne forekomme under forhold, der ligner dem, der eksisterede på Jorden for omkring fire milliarder år siden, da livet først tog fat på vores planet.

Opdagelsen giver “en plausibel vej for dannelsen af ​​de første biopolymerer,” som er komplekse strukturer produceret af levende organismer, ifølge en undersøgelse offentliggjort mandag i Proceedings of the National Academy of Sciences. Holdet siger, at opdagelsen endda kunne fremskynde udviklingen af ​​nye lægemidler og medicinske behandlinger ved at give et nyt medium til at fremme hurtige kemiske reaktioner.

“Der er et meget stort antal undersøgelser, der viser peptiddannelse, men de bruger alle katalysatorer eller modificerede aminosyrer til at gøre arter usandsynligt at eksistere naturligt,” sagde R. Graham Cooks, der fungerer som Henry B. Hass Distinguished Professor of Analytical Kemi ved Purdue og seniorforfatter af undersøgelsen, i en e-mail.

Cooks og hans kolleger har nu vist, at peptider let dannes i den slags kemiske systemer, der eksisterede på oldtidens Jord, såsom havsprøjt fra vores planets oprindelige oceaner eller ferskvand, der drypper ned ad skråninger.

“Den mest interessante implikation er, at lignende kemi forklarer andre essentielle biologiske polymerer, ikke kun peptider,” bemærkede han og tilføjede, at hans team planlægger at udgive mere om dette emne snart.

Med andre ord har den nye undersøgelse åbnet et sjældent vindue ind i de mørke tidlige år på vores planet, hvor ikke-levende forbindelser på en eller anden måde samlede sig til levende organismer, en stadig uforklarlig transformation kendt som abiogenese. Dannelsen af ​​peptider er et vigtigt skridt i abiogenese, fordi disse strukturer danner grundlaget for biomolekyler såsom proteiner, som kan udføre de selvreplikerende mekanismer, der er nødvendige for livet.

Holdet var i stand til at rekonstruere den mulige dannelse af disse peptider ved at køre “dråbefusion”-eksperimenter, der simulerer, hvordan vanddråber kolliderer i luften, som Cooks beskrev som “som to børn med haveslanger, der sprøjter hinanden.”

Disse eksperimenter viser, at overfladen af ​​dråberne, hvor vand møder luft, er et område, der kan være usædvanligt produktivt til at spinde peptider ud af de typer aminosyrer, der er blevet leveret til Jorden af ​​meteoritter i milliarder af år. Som følge heraf tilbyder eksperimenterne en mulig løsning på det, der er kendt som “vandparadokset”, et problem, der har undret forskere inden for abiogenese-området i årevis.

“Vandparadokset er modsætningen mellem (i) det meget betydelige bevis på, at de kemiske reaktioner, der førte til liv, fandt sted i det præbiotiske hav og (ii) den termodynamiske begrænsning mod netop disse (vandtab) reaktioner, der forekommer i vand,” forklarede Cooks. “Proteiner dannes af aminosyrer ved tab af vand” og “tab af vand i vand vil ikke forekomme, fordi processen vil blive vendt af vandet (termodynamisk forbudt).”

Sagt på en anden måde har peptider brug for en vis grad af dehydrering for at dannes, men det er meget svært at opnå i et hydreret miljø som en vanddråbe. I mere end et årti har Cooks og hans kolleger vist, at mikrodråber har mange unikke egenskaber, herunder en accelereret reaktivitet på deres overflader. Disse luft-vand-grænseflader er som en omvendt oase – det vil sige et tørt tilflugtssted i den vandige verden af ​​en dråbe – der muliggør de tab af vand-reaktioner, der er nødvendige for at bygge peptider ud af aminosyrer.

“Ved at udtrykke dette i daglig tale hævder vi, at overfladerne på vanddråber ikke er våde, de er tørre,” sagde Cooks. “Så vandparadokset er brudt.”

Opdagelsen har også konsekvenser uden for Jorden. Undersøgelsen tyder på, at havsprøjtedråber på oldtidens Jord og andre luft-vand-grænseflader kan have været peptidfabrikker, der berigede miljøer med ingredienserne for liv. De samme processer kan være almindelige på andre planeter med lignende forhold, hvilket er nyttig information, da videnskabsmænd fortsætter med at søge efter liv i vores eget solsystem og ud over det.

Faktisk sagde Cooks, at resultaterne “forstærker NASA-mantraet ‘følg vandet'”, med henvisning til den prioritet, som forskere, der søger efter rumvæsener, giver til planeter, der kan være vært for flydende vand. Han foreslog et yderligere mantra – “søg barske oceaner” – baseret på resultaterne, især på grund af havsprayens potentielle rolle som en nøgledrivkraft for peptiddannelse.

Udover at afsløre indsigt om livets eksotiske gløder i den dybe fortid, har undersøgelsen også praktiske medicinske anvendelser for nutiden og den nærmeste fremtid.

“De dråbeaccelererede reaktioner har brede anvendelser, nogle er lige begyndt at blive realiseret inden for lægemiddelopdagelse,” sagde Cooks. “Fordi reaktioner er så hurtige, kan de udføres automatisk, i lille skala, for at gøre lægemiddelkandidater og derefter testes for biologisk aktivitet, stadig automatisk med høj kapacitet. Vi har bygget instrumenter til at gøre dette.”

Posten Forskere fik et gennembrud på livets oprindelse, og det kunne ændre alt dukkede op først VICE.

Loading...