Czy właśnie tak powstało życie? Naukowcy po raz pierwszy odtworzyli kluczową reakcję chemiczną
Jak zaczęło się życie? To jedno z fundamentalnych pytań nauki, na które wciąż nie znamy odpowiedzi. Podejrzewamy, że niemal na pewno musiało się ono powstać na skutek szeregu niezliczonych, przypadkowych reakcji chemicznych. W ich wyniku których doszło do wytworzenia się złożonych, samo replikujących się (co jest jednych z wyróżników życia), struktur, które rozwinęły się w żywe komórki.
Według jednej z dominujących hipotez, przed nastaniem obecnej ery, w której życie oparte jest na DNA, istniał inny rodzaj cząsteczki, który definiował życie: RNA (kwas rybonukleinowy). RNA jest kluczowym składnikiem życia po dziś dzień. Posiada on zdolność samo replikacji, a także katalizacji (czyli przyspieszania) reakcji chemicznych.
Autokataliza i początki życia
Cząsteczki RNA są zbudowane z mniejszych - rybonukleotydów. W jaki jednak sposób bloki budulcowe RNA powstały w warunkach, jakie panowały na wczesnej Ziemi, a później dodatkowo doprowadziły do powstania RNA? Tego jak na razie nie wiemy, choć oczywiście naukowcy nie ustają w poszukiwaniu odpowiedzi.
Biochemicy próbują odtworzyć przebieg reakcji chemicznych, jakie mogły stać za powstaniem koniecznych do zaistnienia RNA substancji. Podstawowym faktem, na którym opierają się badacze, jest to, że wiadomo, iż jakakolwiek reakcja chemiczna, w wyniku której powstały rybonukleotydy, musiała zajść w chaotycznym i skomplikowanym otoczeniu, jakie istniało na Ziemi miliardy lat temu.
Więcej o badaniach nad tym, jak mogło powstać życie na Ziemi przeczytasz tutaj:
Najlepszym kandydatem są tutaj reakcje autokatalityczne lub po prostu autokataliza. Według naukowców musiały one odegrać przynajmniej częściową rolę w całym procesie. Reakcje autokatalityczne, to takie, w wyniku których powstają związki chemiczne, które następnie napędzają zajście kolejnej, takiej samej reakcji, która dzięki nim przebiega jeszcze szybciej.
To oznacza, że są one możliwe do zaistnienia w wielu różnych warunkach. Reakcje autokatalityczne odgrywają kluczową rolę w biologii, od regulacji bicia serca po tworzenie wzorów na muszlach. W rzeczywistości sam proces replikacji życia, w której jedna komórka pobiera składniki odżywcze i energię ze środowiska, aby wytworzyć dwie komórki, jest właśnie przykładem autokatalizy.
Doktorant na kierunku chemii probiotycznej na australijskim Uniwersytecie Nowej Południowej Walii w Sydney, Quoc Phuong Tran, postanowił włączyć autokatalizę do dobrze znanego nauce łańcucha reakcji chemicznych, w którym powstają bloków budulcowych rybonukleotydów. Coś takiego mogło mieć miejsce na wczesnej Ziemi.
Szczególną uwagę poświecił on reakcji formozy, która jest jednym z najlepszych przykładów reakcji autokatalitycznej, która mogła zajść w warunkach panujących na pradawnej Ziemi.
Mówiąc w skrócie, reakcja formozy rozpoczyna się od jednej cząsteczki prostego związku zwanego glikolaldehydem, w skład którego wchodzi wodór, węgiel i tlenu, a kończy na dwóch cząsteczkach. Całość opiera się na stałym dopływie innego prostego związku, jakim jest formaldehyd, który jest tutaj katalizatorem, który napędza cały proces.
Reakcja, jaka zachodzi między glikolaldehydem i formaldehydem skutkuje powstaniem większej cząsteczki, aż do momentu, gdy formaldehyd się wyczerpie. Wtedy reakcja ustaje, a jej produkty zaczynają rozkładać się ze złożonych cząsteczek cukru do smoły. Reakcja formozy ma także jedną szczególną cechę. Jest nieselektywna, co oznacza, że oprócz interesujących badaczy produktów, wytwarza wiele bezużytecznych cząsteczek.
Pomost między chemią a biologią
W swoich badaniach naukowiec dodał do reakcji formozy inną prostą cząsteczkę zwaną cyjanamidem. Efektem tego, jest włączenie wybranych cząsteczek powstałych podczas reakcji do procesu wytwarzania rybonukleotydów. Co prawda na skutek pojawienia się w całej mieszance cyjanamidu nie sprawia, że reakcja wytwarza wystarczającą ilości bloków budulcowych dla rybonukleotydów. Jednak te, które już powstaną, są bardziej stabilne i mniej podatne na rozpad, a to już coś. Zwłaszcza że do tej pory nikt na poważnie nie próbował połączyć reakcji formozy z procesem powstawania rybonukleotydów.
Zdaniem naukowców, jest to kluczowe do odkrycia tego, jak mogły powstać materiały budulcowe życia, bowiem w naturze warunki są zwykle złożone, a reakcje chemiczne nie przebiegają w otoczeniu laboratoryjnym. Wielu badaczy twierdzi, że właśnie ta złożoność i różnorodność warunków może być tym, co stanowi pomost między chemią a biologią. Pierwsza z nauk bada materię nieożywioną, druga zajmuje się zgodnie ze swoją nazwą, życiem.
Gdzieś pomiędzy nimi zachodzi proces, w wyniku którego powstaje życie. Dzięki nowatorskiemu podejściu doktoranta z uniwersytetu w Sydney być może jesteśmy o krok bliżej w odkryciu odwiecznej tajemnicy - jak powstało życie.
