Forskere har en ny forklaring på, hvordan Jorden kunne udvikle liv

Historien om evolution har gentagne gange været vidne til den evige debat om, hvad der var først – ægget eller hønen — men en af de mest interessante mysterier er: er der et liv før fremkomsten af nukleinsyrer? I den nye undersøgelse, forskere har fremlagt dokumentation for, at primitive biokemi var i stand til at dukke op og vokse uden fosfater – en af de vigtigste og mest centrale strukturelle komponenter af nukleinsyrer, der er inkluderet i vores genetiske kemi — som tilføjer vægt til de antagelser, der, i henhold til hvilken, før det udseende af, at livet kunne være metabolisme.

Forskere fra mit og Boston University afsløret en række alternative metaboliske veje, som ikke krævede involvering af fosfater. Åbningen er i stand til at udfylde hullerne i vores forståelse af, hvordan komplekse organiske kemi gav anledning til, at livet på vores planet.

Hvad vi er vant til i dag at kalde livet, er i høj grad baseret på ikke helt perfekt replikater af kemi, der kræver en form for skabelon, der kan kopieres, samt en vis mængde energi, hvilket er nok til den fysiske omdannelse af enkle kemiske forbindelser af kulstof til mere komplekse former. Og spørgsmålet her er, hvad der kom først: den kemiske kode, som kan udvikle sig til en mere kompleks form, eller mere komplekse veje, at kunne bruge energi til at omdanne simple kemikalier i mere komplekse organiske forbindelser.

Ifølge den såkaldte hypotese af RNA-verden, frit svævende ensembler af molekyler af ribonucleic fedtsyrer (RNA) tjene som opbevaring af genetisk information, og er en slags meget samme mønstre, har bidraget til en acceleration af de processer i den kemiske reaktioner, som nu kan beskrives som en proces med fremkomsten af liv. Spørgsmålet i dette koncept er, at RNA-molekyler, der ville være i stand til at gøre uden en energikilde, der er nødvendige for en sekvens af kemiske reaktioner, som igen kan betragtes som tidlige former for stofskifte (metabolisme). Hertil kommer, at de RNA-molekyler indeholder fosfater – stoffer, der er tæt vævet ind i miljøet og derfor vanskelige at integrere i organiske forbindelser.

En anden hypotese er, at de tidligste former for metaboliske kemi, ikke er begrænset celle membraner, der oprindeligt fik den evne til at absorbere energi fra omgivelserne i form af varme eller lys og overføre det fra en kemisk reaktion til en anden inden for det økologiske suppe (en slags ur-suppe, hvor livet begyndte). I slutningen, dette primitive metabolisme (stofskifte) sammen med RNA-molekyler og var i en sådan tilstand, indtil, indtil han fandt et fristed i den enkelte bobler af fedt-molekyler, som nu kan betragtes som de første celler.

Og alligevel, energi-metabolismen af moderne organismer er bygget op omkring sådanne forbindelser, som adenosin trifosfat (ATP) og nicotinamid adenin dinucleotide fosfat (NADP), der er igen relateret til fosfater.

Alternativ metaboliske pathway, der blev identificeret af forskerne i den nye undersøgelse, der er baseret på molekyler, som er baseret på Seurat ' — et stof, der er til stede i overflod i jordens oceaner flere milliarder år siden.

"Betydningen af denne undersøgelse ligger i, at nu, i henhold til de nye forsøg på at kende kilden, oprindelsen af liv skal tage hensyn til sandsynligheden for, at dens forekomst uden tilstedeværelse af fosfater, som nu betragtes som en af sine vigtigste komponenter, men der kunne ikke blive, når den første kemiske reaktioner, der førte til dens indførelse", — siger forskeren Daniel Serge fra Boston University.

Den Idé, at en Central rolle i metabolisk proces, der kan når at spille svovl er ikke ny. I begyndelsen af XX århundrede, den tyske kemiker Wachtershauser udtryk for den antagelse, at forbindelser af jern-sulfid og Nikkel sulfid kan spille en rolle som katalysator i processen i kulstofbindingen i det dybe ocean omkring vulkanske strømme, og fungere som en mekanisme til at udveksle energi mellem, som han kaldte dem, "oprindelige organismer". Men mangel på afgørende beviser, der forbinder alle de forskellige kemiske reaktioner, der er involveret i denne "sulfid-strygejern-hypotese", der ikke har tilladelse til at bekræfte denne antagelse.

"der var altid overset, var manglen på overbevisende beviser, baseret på beviser for, at disse tidlige kemiske processer, som kunne være relaterede og relativt komplekse primitive metaboliske netværk og ikke bare blev spredt reaktioner" — siger Serge.

Serge og hans team brugte metode beregningsmæssige systembiologi – teoretisk tilgang, som for at udforske forskellige måder af biokemiske reaktioner, ved brug af matematiske modeller, og der identificeres et sæt af otte indeholder ikke fosfat forbindelser, som kan være til stede i overflod i den gamle oceaner af vores planet. Så de anvendte algoritme til at simulere primitive energi metabolisme, herunder jern, svovl, samt sulfid-holdige forbindelser thioethers og begyndte at holde styr på, hvilke forskellige kemiske reaktioner kan forekomme.

I sidste ende, blev det opdaget, atresultatet af core netværk af 315 reaktioner, som involverer 260 metabolitter kunne være produktion af en bred vifte af komplekse organiske forbindelser, der kræves for fremkomsten af liv. Listen af disse stoffer omfattet af aminosyrer og carboxylsyrer.

Så tidligt Bioorganisk kemi, der ikke kunne forlade rigeligt med beviser for deres eksistens i form af gamle sedimenter, vi er nødt til at bruge sådan en matematisk model er i stand til at forudsige, hvad der kunne være sket for milliarder af år siden. Selv om disse data kan næppe bruges som belæg for udvikling af liv, de kan være et tegn på en mulighed for, at livet kom fra kemiske forbindelser, som ikke stole på de fleste moderne organismer. Hertil kommer, at brugen af sådanne data kan gå langt ud over det sædvanlige diskussioner om, hvordan du kan skabe liv på vores planet.

"Analyse af stofskiftet, i form af økosystem-niveau eller endda som en verdensomspændende fænomen, og ikke som individuelle træk, der er af særlig organismer, være af praktisk betydning for vores forståelse af det mikrobielle samfund", — sagde Serge.

Resultaterne af undersøgelser af en gruppe af forskere fra mit og Boston University blev offentliggjort i et af de seneste numre af det videnskabelige tidsskrift Cell.