Spørgsmålet om, hvordan livet på Jorden først opstod, er et, som mennesker har spurgt sig selv siden umindelige tider. Mens forskere er relativt sikre på, hvornår det skete, har der ikke været noget endeligt svar på, hvorfor det gjorde det. Hvordan kom aminosyrer, de kemiske byggesten i livet, sammen for ca. fire milliarder år siden for at skabe de første proteinmolekyler?
Mens dette spørgsmål stadig ikke besvares, gør forskere nye opdagelser, der kan hjælpe med at indsnævre det. For eksempel har et team af forskere fra Georgia Institute of Technology's Center for Chemical Evolution (CCT) for nylig foretaget en undersøgelse, der viste, hvordan nogle af de tidligste forgængere af proteinmolekylet spontant kan være forbundet til en kæde.
Undersøgelsen blev for nylig vist i Forløb fra National Academy of Sciences. Undersøgelsen blev ledet af Dr. Moran Frenkel-Pinter fra Georgia Tech og omfattede flere forskere fra CCT - som er støttet af NASA og National Science Foundation (NSF) - med bistand fra Dr. Luke Leman og adjunkt i kemi ved Scripps Research, et non-profit medicinsk forskningsinstitut.
I årtier har forskere haft teorier om, hvordan de første aminosyrer kom sammen for at danne proteinmolekyler. Desværre er alle forsøg på at verificere disse teorier hidtil mislykkedes. Som Dr. Leman forklarede:
”Hvordan kemi førte til komplekst liv er et af de mest fascinerende spørgsmål, som menneskeheden har fundet over. Der er mange teorier om proteineres oprindelse, men ikke så meget eksperimentel laboratoriestøtte til disse ideer. ”
Til deres undersøgelse gennemførte forskerteamet et eksperiment, hvor et lille udvalg af aminosyrer (lysin, arginin og histidin) blev placeret sammen med tre ikke-biologiske konkurrerende aminosyrer. Syrerne blev derefter underkastet forhold, der ligner det, der menes at have eksisteret på Jorden under Hadean Eon (ca. 4 milliarder år siden).
Dette bestod af at placere de valgte aminosyrer i vand indeholdende hydroxysyrer, som er kendt for at lette aminosyrereaktioner og ville have været almindelige på den prebiotiske jord. Blandingen blev derefter opvarmet til 85 °C (185) °F), der fremkalder reaktionsprocessen og fik vandet til at fordampe. De resulterende kemiske reaktioner blev derefter undersøgt.
Til deres overraskelse dannede de biologiske aminosyrer spontant til pæne segmenter, der blev bundet sammen via a-aminogrupper. Disse grupper er de, der er lavet af nitrogen og brint og er ret reaktive. De er imidlertid også en del af kernen i aminosyrer og andre aminer, der danner sidekæder, der strækker sig fra kernen (som blev anvendt i dette eksperiment) er ofte mere reaktive. Frenkel-Pinter sagde:
”Det overraskede os, at denne kemi begunstigede a-aminforbindelsen, der findes i proteiner, selvom kemiske principper måske har ført til, at vi troede, at forbindelsen uden proteiner ville blive foretrukket. Foretrækningen for den proteinlignende binding over ikke-protein var omkring syv til en. ”
En anden overraskelse var det faktum, at de biologiske aminosyrer slår de ikke-biologiske op med hensyn til reaktivitet. De sidstnævnte syrer, som ikke findes i proteiner i dag, havde potentialet til kemisk at reagere lige så godt (eller bedre end) de biologiske. Hvad mere er, teamet forventede, at inkluderingen af disse syrer ville give de biologiske syrer et løb for deres penge og muligvis endda føre til
Imidlertid resulterede reaktionerne for det meste i dannelsen af peptider (to eller flere aminosyre-byggeklodser knyttet sammen), der var tættere på dagens faktiske proteiner. Navnlig troede forskerne, at de ikke-biologiske aminosyrer ville udkonkurrere den biologiske aminosyre, kendt som lysin, og at lysin ikke ville være i stand til at danne kæder pålideligt.
I begge tilfælde var de forkerte og fandt i stedet, at lysinet overvejende gik ind i kæderne på en måde, der svarer til, hvad der sker med proteiner i dag. Fra dette antog teamet, at præfabrikerede aminosyrekæder, der er nyttige i levende systemer, udviklede sig, før livet havde fundet en måde at fremstille proteiner på.
Det faktum, at deres eksperiment viste, at biologiske aminosyrer foretrækkes frem for ikke-biologiske, kan også give ny indsigt i, hvorfor bare 20 aminosyrer gik ind i dannelsen af liv. Forskere mener, at der var over 500 naturligt forekommende syrer til stede på Jorden under Hadean Eon. Som Loren Williams, en professor i biokemi ved Georgia Tech, forklarer
”Vores idé er, at livet startede med de mange byggesten, der var der og valgte en undergruppe af dem, men vi ved ikke, hvor meget der blev valgt på grundlag af ren kemi eller hvor meget biologiske processer der blev valgt. Når man ser på denne undersøgelse, ser det ud til, at dagens biologi muligvis afspejler disse tidlige prebiotiske kemiske reaktioner mere end vi troede. ”
”I den prebiotiske jord ville der have været et meget større sæt aminosyrer. Er der noget specielt ved disse 20 aminosyrer, eller blev disse bare frosset på et øjeblik i tiden af evolution? ” Kort sagt antyder eksperimentet, at de typer af aminosyrer, der bruges i proteiner, mere sandsynligt binder sig sammen, fordi de reagerer sammen mere effektivt og har få ineffektive bivirkninger.
Kort sagt antyder eksperimentet, at de typer af aminosyrer, der bruges i proteiner, mere sandsynligt binder sig sammen, fordi de reagerer sammen mere effektivt og har få ineffektive bivirkninger. Det giver også yderligere troværdighed til teorien om, at de fleste biologiske polymerer dannet i våde og tørre cyklusser, hvilket er noget, som CCT-forskere har
Denne teori, der siger, at de første proteiner forekom på regn-fejet snavslejligheder eller solbagte bjergarter ved søen, er i strid med den mere konventionelle fortælling, at livets byggesten er afhængig af sjældne og kataklysmiske begivenheder samt flere ingredienser i for at dukke op. Ved at vise, at det sandsynligvis ville være en meget mere ligetil proces, kunne denne forskning bringe os et skridt nærmere på at låse dette ældgamle mysterium op.
Det kan også have konsekvenser i søgen efter liv ud over Jorden. Hvis livets byggesten er naturligt reaktive og tiltrukket af hinanden, øger det sandsynligvis chancen for, at lignende kemiske reaktioner fandt sted andre steder i Universet!
