Vprašanje, kako se je življenje prvič pojavilo tukaj na Zemlji, je skrivnost, ki se znanstvenikom še vedno izmika. Kljub vsemu, kar so se znanstveniki naučili iz fosilnih zapisov in geološke zgodovine, še vedno ni znano, kako je organsko življenje nastalo iz anorganskih elementov (proces, znan kot abiogeneza) pred milijardami let.
Eden od bolj zastrašujočih vidikov skrivnosti je povezan s peptidi in encimi, ki sodijo v situacijo 'piščanca in jajca'. Na to se je nedavno lotila skupina raziskovalcev z University College London (UCL). opravil študijo kar je učinkovito pokazalo, da so se peptidi lahko oblikovali v razmerah, analognih prvinski Zemlji.
Študija, ki podrobno opisuje njihove ugotovitve, je bila nedavno objavljena v znanstveni revijiNarava.Raziskovalno skupino je vodil dr. Matthew Powner, bralec organske kemije na oddelku za kemijo UCL, vključevala pa sta jo Pierra Canavellija in dr. Saidul Islama – oba sta raziskovalca na oddelku za organsko in biološko kemijo UCL.
Zaporedje, kjer se aminokisline in peptidi združijo in tvorijo organske celice. Zasluge: peptidesciences.com
Kot je Powner pojasnil namen njihove študije v nedavnem intervjuju za UCL News:
»Peptidi, ki so verige aminokislin, so absolutno bistven element vsega življenja na Zemlji. Tvorijo beljakovinsko tkivo, ki služijo kot katalizatorji bioloških procesov, sami pa potrebujejo encime za nadzor njihove tvorbe iz aminokislin. Torej smo imeli klasično težavo s piščancem in jajcem – kako so nastali prvi encimi?«
Kot navajajo v svoji študiji, so bile številne raziskave v preteklosti namenjene odkrivanju, kako so peptidi najprej nastali in omogočili nastanek življenja. Vendar so se vse prejšnje raziskave osredotočile na aminokisline in ne na reaktivnost njihovih kemičnih predhodnikov (znanih kot aminonitrili).
Medtem ko aminonitrili zahtevajo težke pogoje za tvorbo aminokislin (običajno močno kisle ali alkalne), je treba aminokisline napolniti z energijo, da tvorijo peptide. Vendar pa so raziskovalci našli način, kako zaobiti oba ta koraka, tako da so dokazali, da je mogoče peptide izdelati neposredno iz energijsko bogatih aminonitrilov.
Njihova metoda je izkoristila vgrajeno reaktivnost aminonitrilov z drugimi molekulami, ki so bile del zemeljskega prvotnega okolja. Postopek je sestavljen iz združevanja vodikovega sulfida z aminonitrili in kemičnim substratom fericianidom ([Fe(CN)6]3?) v vodi, ki je dala peptide.
To je pokazalo, da so aminonitrili sposobni samostojno in z večjo lahkoto kot aminokisline doseči tvorbo peptidnih vezi v vodi. Poleg tega je pokazalo, da bi se to lahko zgodilo v razmerah in kemikalijah, ki se izločajo med vulkanskimi izbruhi in so bile verjetno prisotne na Zemlji pred milijardami let. Pierre Canavelli, prvi avtor študije, je dejal:
'Nadzorovana sinteza kot odziv na okoljske ali notranje dražljaje je bistven element presnovne regulacije, zato menimo, da bi bila sinteza peptidov lahko del naravnega cikla, ki se je zgodil v zelo zgodnji evoluciji življenja.'
'To je prvič, da je bilo prepričljivo dokazano, da se peptidi tvorijo brez uporabe aminokislin v vodi, ob uporabi razmeroma nežnih pogojev, ki so verjetno na voljo na primitivni Zemlji,' je dodal soavtor dr. Saidul Islam.
Te ugotovitve bi lahko imele pomembne posledice za preučevanje abiogeneze, pa tudi za iskanje življenja na zunajsončnih planetih. Lahko so koristni tudi na področju sintetične kemije, saj je tvorba amidne vezi bistvena za proizvodnjo sintetičnih materialov, ki so bioaktivni. V primerjavi s konvencionalnimi kemičnimi procesi, ki se uporabljajo komercialno, je ta nova metoda učinkovitejša in veliko bolj stroškovno učinkovita.
Umetnikov vtis o arhejskem eonu na Zemlji. Zasluge: Smithsonian/Peter Sawyer
Če gledamo naprej, raziskovalna skupina želi nadaljevati svoje študije z iskanjem drugih načinov, na katere lahko aminonitrili vodijo do peptidov. Prav tako trenutno raziskujejo funkcionalne lastnosti peptidov, ki jih je ustvaril njihov eksperiment, v upanju, da bi bolje razumeli, kako bi lahko pomagali sprožiti nastanek življenja na Zemlji ca. pred 4 milijardami let.
Ali je mogoče po mnogih generacijah poskusov (in neuspešnih) poustvariti gradnike življenja, da so znanstveniki to preprosto šli nazaj? In ali to pomeni, da je organska tehnologija lahko tik za vogalom? Samo čas bo povedal…
