Питання про те, як життя вперше виникло тут, на Землі, залишається загадкою, яка продовжує вислизати від вчених. Незважаючи на все, що вчені дізналися з літопису скам’янілостей та геологічної історії, досі невідомо, як органічне життя виникло з неорганічних елементів (процес, відомий як абіогенез) мільярди років тому.
Один із найстрашніших аспектів таємниці пов’язаний з пептидами та ферментами, які потрапляють у щось на кшталт ситуації «курка та яйце». Звернувшись до цього нещодавно, група дослідників з Університетського коледжу Лондона (UCL). провела дослідження що ефективно продемонструвало, що пептиди могли утворюватися в умовах, аналогічних первісній Землі.
Нещодавно в науковому журналі було опубліковане дослідження, яке детально описує їхні висновкиприрода.Дослідницьку групу очолював доктор Метью Паунер, дослідник відділу органічної хімії з хімічного факультету UCL, і включала П’єра Канавеллі та доктора Саідула Іслама – обидва вони є дослідниками з відділу органічної та біологічної хімії UCL.
Послідовність, в якій амінокислоти та пептиди об’єднуються, утворюючи органічні клітини. Авторство: peptidesciences.com
Як Паунер пояснив мету свого дослідження в недавньому інтерв’ю UCL News:
«Пептиди, які є ланцюжками амінокислот, є абсолютно важливим елементом усього живого на Землі. Вони утворюють тканину білків, які служать каталізаторами біологічних процесів, але самі потребують ферментів для контролю їх утворення з амінокислот. Отже, у нас виникла класична проблема з куркою та яйцями – як були створені перші ферменти?»
Як вони вказують у своєму дослідженні, значні дослідження в минулому були присвячені з'ясування того, як пептиди вперше утворилися і дали змогу виникнути життя. Однак усі попередні дослідження були зосереджені на амінокислотах, а не на реакційній здатності їхніх хімічних попередників (відомих як амінонітрили).
У той час як амінонітрили вимагають жорстких умов для утворення амінокислот (як правило, сильнокислотних або лужних), амінокислоти потрібно заряджати енергією для утворення пептидів. Однак дослідники знайшли спосіб обійти обидва ці кроки, продемонструвавши, що пептиди можна виробляти безпосередньо з багатих енергією амінонітрилів.
Їхній метод використовував вбудовану реакційну здатність амінонітрилів з іншими молекулами, які були частиною первинного середовища Землі. Процес полягав у з’єднанні сірководню з амінонітрилами та хімічним субстратом феріціаніду ([Fe(CN)6]3?) у воді, що дало пептиди.
Це продемонструвало те, що амінонітрили здатні утворювати пептидні зв’язки у воді самостійно і з більшою легкістю, ніж амінокислоти. Крім того, він показав, що це могло статися в умовах і хімічних речовин, які виділяються під час вивержень вулканів і які, ймовірно, були на Землі мільярди років тому. П'єр Канавеллі, перший автор дослідження, сказав:
«Контрольований синтез у відповідь на зовнішні або внутрішні стимули є важливим елементом регуляції метаболізму, тому ми вважаємо, що синтез пептидів міг бути частиною природного циклу, який мав місце на дуже ранній еволюції життя».
«Це перший раз, коли було переконливо показано, що пептиди утворюються без використання амінокислот у воді, використовуючи відносно м’які умови, які, ймовірно, доступні на примітивній Землі», – додав співавтор доктор Сайдул Іслам.
Ці висновки можуть мати значне значення для вивчення абіогенезу, а також пошуку життя на позасонячних планетах. Вони також можуть бути корисними в області синтетичної хімії, оскільки утворення амідних зв’язків є важливим для виробництва синтетичних матеріалів, біологічно активних. У порівнянні зі звичайними хімічними процесами, які використовуються в комерційних цілях, цей новий метод є ефективнішим і набагато рентабельнішим.
Враження художника про архейський еон на Землі. Авторство: Smithsonian/Peter Sawyer
Забігаючи наперед, дослідницька група прагне продовжити свої дослідження, знайшовши інші способи, якими амінонітрили можуть призвести до пептидів. В даний час вони також досліджують функціональні властивості пептидів, які створив їхній експеримент, в надії краще зрозуміти, як вони могли сприяти утворенню життя на Землі приблизно. 4 мільярди років тому.
Після багатьох поколінь спроб (і невдач) відтворити будівельні блоки життя, чи могло статися, що вчені просто йшли назад? І чи означає це, що органічна технологія може бути зовсім поруч? Тільки час покаже…
