Forskare gjorde ett genombrott om livets ursprung och det kunde förändra allt

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

Forskare har uppnått ett stort genombrott mot att reda ut mysteriet om hur liv först uppstod på jorden och om det kan existera någon annanstans i universum, rapporterar en ny studie.

Ett långvarigt mysterium – kanske mysteriet, existentiellt sett – är hur livet uppstod från icke-levande, eller abiotiska, kemikalier. För första gången någonsin har forskare vid Purdue University visat att peptider, som är strängar av aminosyror som är avgörande byggstenar i livet, spontant kan bildas i vattendroppar under snabba reaktioner som uppstår när vatten möter atmosfären – till exempel, när en våg träffar en sten och kastar upp en dimmig spray. Detta kan inträffa under förhållanden som liknar de som fanns på jorden för cirka fyra miljarder år sedan, när livet först tog fäste på vår planet.

Upptäckten ger ”en rimlig väg för bildandet av de första biopolymererna”, som är komplexa strukturer som produceras av levande organismer, enligt en studie som publicerades på måndagen i Proceedings of the National Academy of Sciences. Teamet säger att upptäckten till och med kan påskynda utvecklingen av nya läkemedel och medicinska behandlingar genom att tillhandahålla ett nytt medium för att främja snabba kemiska reaktioner.

”Det finns ett mycket stort antal studier som visar peptidbildning men de använder alla katalysatorer eller modifierade aminosyror för att göra arter osannolikt att existera naturligt”, säger R. Graham Cooks, som fungerar som Henry B. Hass Distinguished Professor of Analytical Kemi vid Purdue och senior författare till studien, i ett e-postmeddelande.

Cooks och hans kollegor har nu visat att peptider lätt bildas i de typer av kemiska system som fanns på den antika jorden, som havssprej från vår planets urhav eller sötvatten som droppar nerför sluttningar.

”Den mest intressanta implikationen är att liknande kemi förklarar andra väsentliga biologiska polymerer, inte bara peptider,” noterade han och tillade att hans team planerar att publicera mer om detta ämne snart.

Med andra ord har den nya studien öppnat ett sällsynt fönster in i de skumma tidiga åren på vår planet när icke-levande föreningar på något sätt sammanfogade sig själva till levande organismer, en fortfarande oförklarad omvandling känd som abiogenesis. Bildandet av peptider är ett viktigt steg i abiogenes eftersom dessa strukturer utgör grunden för biomolekyler som proteiner, som kan utföra de självreplikerande mekanismer som är nödvändiga för livet.

Teamet kunde rekonstruera den möjliga bildningen av dessa peptider genom att köra ”droppefusion”-experiment som simulerar hur vattendroppar kolliderar i luften, vilket Cooks beskrev som ”som två barn med trädgårdsslangar som sprejar varandra.”

Dessa experiment visar att dropparnas yta, där vatten möter luft, är en region som kan vara exceptionellt produktiv när det gäller att spinna peptider ur de typer av aminosyror som har levererats till jorden av meteoriter i miljarder år. Som ett resultat erbjuder experimenten en möjlig lösning på vad som kallas ”vattenparadoxen”, ett problem som har förbryllat forskare inom abiogenesområdet i flera år.

”Vattenparadoxen är motsättningen mellan (i) de mycket betydande bevisen för att de kemiska reaktionerna som leder till liv inträffade i det prebiotiska havet och (ii) den termodynamiska begränsningen mot exakt dessa (vattenförlust) reaktioner som inträffar i vatten,” förklarade Cooks. ”Proteiner bildas av aminosyror genom förlust av vatten” och ”förlust av vatten i vatten kommer inte att inträffa eftersom processen kommer att vändas av vattnet (termodynamiskt förbjudet).”

Med andra ord, peptider behöver en viss nivå av uttorkning för att bildas, men det är mycket svårt att åstadkomma i en hydratiserad miljö som en vattendroppe. I mer än ett decennium har Cooks och hans kollegor visat att mikrodroppar har många unika egenskaper, inklusive en accelererad reaktivitet på deras ytor. Dessa luft-vatten-gränssnitt är som en omvänd oas – det vill säga en torr tillflyktsort i en droppes vattenvärld – som möjliggör de reaktioner som behövs för att förlust av vatten för att bygga peptider av aminosyror.

”Vi uttrycker detta i vardagsspråk och hävdar att ytorna på vattendroppar inte är våta, de är torra,” sa Cooks. ”Så vattenparadoxen är bruten.”

Upptäckten har även konsekvenser utanför jorden. Studien tyder på att havsspraydroppar på den antika jorden, och andra luft-vattengränssnitt, kan ha varit peptidfabriker som berikat miljöer med ingredienserna för livet. Samma processer kan vara vanliga på andra planeter med liknande förhållanden, vilket är användbar information eftersom forskare fortsätter att söka efter liv i vårt eget solsystem, och bortom det.

Cooks sa faktiskt att resultaten ”förstärker NASA-mantrat ’följ vattnet'”, med hänvisning till den prioritet som forskare som söker efter utomjordingar ger till planeter som kan vara värd för flytande vatten. Han föreslog ett ytterligare mantra – ”söka grova hav” – baserat på fynden, särskilt på grund av den potentiella rollen av havsspray som en viktig drivkraft för peptidbildning.

Förutom att avslöja insikter om livets exotiska glöd i det djupa förflutna, har studien även praktiska medicinska tillämpningar för nutid och nära framtid.

”De droppaccelererade reaktionerna har breda tillämpningar, vissa har precis börjat förverkligas inom området för läkemedelsupptäckt,” sa Cooks. ”Eftersom reaktionerna är så snabba kan de utföras automatiskt, i liten skala, för att göra läkemedelskandidater och sedan testas för biologisk aktivitet, fortfarande automatiskt med hög genomströmning. Vi har byggt instrument för att göra detta.”

Inlägget Forskare gjorde ett genombrott om livets ursprung och det kunde förändra allt dök upp först VICE.

Loading...