(Qimono/Pixabay) Es war einmal, als unser Planet Erde noch sehr jung und noch sehr jung war, da gab es auf ihm kein einziges Fünkchen Leben.
Dann geschah irgendwo auf irgendeine Art und Weise eine chemische Laune, und die molekularen Bausteine unserer allerersten einzelligen Vorfahren entstanden: die Aminosäuren und Nukleinsäuren, die genau richtig zusammenkamen, um eine Kettenreaktion fortzusetzen, die zu dieser Entstehung geführt hatte Leben.
Wir sind uns über die Einzelheiten dieser Entstehung, die vor Milliarden von Jahren stattfand und keine Spuren im Fossilienbestand hinterließ, nicht ganz sicher. Mithilfe unseres Wissens über die Chemie der frühen Erde haben Wissenschaftler jedoch eine neue Reihe chemischer Reaktionen entdeckt, die diese biologischen Bausteine vor vielen Äonen auf der Erde hätten produzieren können.
„Wir haben ein neues Paradigma entwickelt, um diesen Wandel von der präbiotischen zur biotischen Chemie zu erklären.“ sagte der Chemiker Ramanarayanan Krishnamurthy des Scripps Research Institute. „Wir glauben, dass die Art von Reaktionen, die wir beschrieben haben, wahrscheinlich das ist, was auf der frühen Erde passiert sein könnte.“
Die Rekonstruktion, wie sich die biotische Chemie hätte entwickeln können, ist weitgehend experimentell. Wissenschaftler nutzen das, was sie über aktuelle biologische Prozesse wissen, und versuchen, sie in Laborumgebungen unter Verwendung der Chemie der frühen Erde nachzubilden Vor 3,7 Milliarden Jahren .
Die Beweise deuten darauf hin Eines der vorhandenen Moleküle war Cyanid ; Der Verzehr ist tödlich, aber möglicherweise entscheidend für die Entstehung von Leben auf der Erde. Die Rolle von Cyanid in diesem Prozess wurde von einer Reihe von Teams auf der ganzen Welt untersucht; Anfang des Jahres zeigten Krishnamurthy und seine Kollegen, wie das geht Cyanid kann leicht basische organische Moleküle produzieren bei Raumtemperatur und über einen weiten Bereich von pH-Bedingungen. Mit etwas Kohlendioxid nimmt diese Reaktion richtig Fahrt auf.
Dies veranlasste die Forscher zu der Frage, ob sie ihren Erfolg bei der Herstellung komplexerer organischer Moleküle – Aminosäuren, aus denen alle Proteine in lebenden Zellen bestehen – wiederholen könnten.
Heutzutage sind die Vorläufer von Aminosäuren Moleküle namens α-Ketosäuren, die mit Stickstoff und Enzymen reagieren, um die Aminosäuren zu produzieren. Obwohl α-Ketosäuren wahrscheinlich auf der frühen Erde existierten, gab es Enzyme nicht, was Wissenschaftler zu dem Schluss führte, dass Aminosäuren stattdessen aus Vorläufern namens Aldehyden entstanden sein müssen. Das wirft jedoch eine Reihe anderer Fragen auf, beispielsweise wann α-Ketosäuren die Macht übernahmen.
Krishnamurthy und seine Kollegen gingen davon aus, dass es einen Weg geben könnte, über den α-Ketosäuren ohne die Anwesenheit von Enzymen Aminosäuren bilden können. Sie begannen natürlich mit α-Ketosäuren und fügten Cyanid hinzu, da ihre vorherigen Experimente zeigten, dass es ein wirksamer Treiber chemischer Reaktionen ist, die organische Moleküle produzieren.
Als nächstes wurde Ammoniak hinzugefügt, eine Verbindung aus Stickstoff und Wasserstoff, die auch auf der frühen Erde vorkam, um den benötigten Stickstoff beizusteuern. Es bedurfte einiger Versuche, um den letzten Teil herauszufinden, aber genau wie die Forscher bei ihren vorherigen Arbeiten herausgefunden hatten, war Kohlendioxid der Schlüssel.
„Wir hatten erwartet, dass es ziemlich schwierig sein würde, das herauszufinden, und es stellte sich heraus, dass es sogar noch einfacher war, als wir es uns vorgestellt hatten.“ Sagte Krishnamurthy . „Wenn man nur Ketosäure, Cyanid und Ammoniak mischt, bleibt es einfach da. Sobald man Kohlendioxid hinzufügt, und sei es auch nur in Spuren, nimmt die Reaktion Fahrt auf.“
Zusammengenommen deuten die Gesamtergebnisse des Teams darauf hin, dass Kohlendioxid ein wichtiger Bestandteil für die Entstehung des Lebens auf der Erde war – allerdings nur in Kombination mit anderen Inhaltsstoffen. Das Team entdeckte außerdem, dass ein Nebenprodukt ihrer Reaktionen ein Molekül ist, das einer in lebenden Zellen produzierten Verbindung namens Orotat ähnelt. Dies ist einer der Bausteine von Nukleinsäuren, einschließlich DNA und RNA.
Und die Ergebnisse des Teams sind den Reaktionen, die heute in lebenden Zellen ablaufen, sehr ähnlich, was bedeutet, dass die Entdeckung die Notwendigkeit zunichte machen würde, zu erklären, warum Zellen von Aldehyden auf α-Ketosäuren umgestiegen sind. Das Team glaubt daher, dass ihr Befund ein wahrscheinlicheres Szenario für die Entstehung präbiotischer Moleküle darstellt als die Aldehyd-Hypothese.
Der nächste Schritt besteht darin, weitere Experimente mit ihrer chemischen Suppe durchzuführen, um zu sehen, welche anderen präbiotischen Moleküle entstehen könnten. Dies wird wiederum dazu beitragen, die Plausibilität und Unplausibilität der verschiedenen Szenarien zu ermitteln, die die bescheidenen Anfänge allen Lebens auf der Erde beschreiben.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturchemie .