Nøgle tidlige trin for livets oprindelse forekommer under en række forskellige forhold

Potentielle forstadier til liv på Jorden dannes fra en række komplekse blandinger, ifølge et hold af forskere, der siger, at dette kunne pege på udviklingen af ​​byggesten, der er afgørende for dannelsen af ​​genetiske molekyler for livets oprindelse på Jorden.

Genetiske molekyler giver evnen til at lagre og replikere information og kan have været afgørende for livets oprindelse, men det er uklart, hvordan de opstod fra komplekse kemiske miljøer, der eksisterede på den tidlige Jord. Nye fund, offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Videnskabelige rapporter , foreslår, at svaret kan starte med nitrogen heterocykler, ringede molekyler, der menes at være almindelige på den unge Jord og andre steder i solsystemet. Flere typer af heterocykler tjener som nukleobaser, eller underenheder, af DNA og RNA, de genetiske molekyler, der bruges af livet, som vi kender det.

"En af udfordringerne ved at studere livets oprindelse er at tyde, hvilke reaktioner der var nøgletrin, " sagde Christopher House, professor i geovidenskab ved Penn State. "Vores arbejde her identificerede de mest sandsynlige næste skridt, disse molekyler kunne og ville tage."

Et team af forskere fandt ud af, at nitrogen-heterocykler kan have tjent som byggesten mod liv i en række tests, der genererede komplekse kemiske blandinger som dem, der muligvis er skabt af lynnedslag, der passerer gennem jordens tidlige atmosfære. Dusinvis af forskellige heterocykler producerede lignende primitive genetiske forstadier, selv når den atmosfæriske sammensætning blev varieret i undersøgelsen.

"De virkelige overraskelser var, at så mange forskellige sådanne ringede molekyler viste sig at være reaktive, og at de dannede det samme næste trin, uanset hvilken simuleret atmosfære vi brugte, " sagde House, der også fungerer som direktør for Penn State Astrobiology Research Center og NASA Pennsylvania Space Grant Consortium.

Resultaterne understøtter en hypotese om, at enklere genetiske strukturer kunne gå forud for dannelsen af ​​DNA og RNA og tyder på, at lignende præbiotiske reaktioner kan ske andre steder i solsystemet.

I modsætning til tidligere undersøgelser, som har udforsket lignende reaktioner under isolerede forhold, holdet brugte organisk komplekse blandinger, der bedre simulerer tidlig jordkemi uden at vide, om reaktionerne ville repræsentere et konstruktivt skridt mod liv eller en blindgyde.

I undersøgelsen, heterocyklerne reagerede i den komplekse blanding for at danne kemisk reaktive sidekæder, strukturer, der binder heterocykler sammen og letter dannelsen af ​​mere komplekse molekyler, sagde forskerne.

Disse modificerede heterocykler kunne tjene som underenheden af ​​peptidnukleinsyrer (PNA'er), en foreslået forløber for RNA. At de dannes så let under forskellige atmosfæriske forhold understøtter teorien om, at PNA'er kunne være dannet på den præbiotiske Jord.

"Vores resultater antyder muligheden for PNA på den tidlige Jord, da vi observerede mange robuste syntetiske veje for nogle af dens komponenter, " sagde Mike Callahan, assisterende professor i kemi ved Boise State University.

Resultaterne har også implikationer for lignende genetiske forstadier på andre verdener.

"De organiske stoffer, der reagerer med heterocyklerne og danner disse sidekæder, er også blevet identificeret i det interstellare medium, kometer, og endda Titans atmosfære, " sagde Laura Rodriguez, der ledede forskningen som ph.d.-studerende, der studerede geovidenskab ved Penn State. "Og da reaktionerne var robuste i komplekse blandinger under en bred vifte af forhold, vores resultater kan have konsekvenser for dannelsen af ​​PNA'er hinsides Jorden."

Karen Smith har også bidraget til denne forskning. seniorforsker, og Melissa Roberts, en kandidatstuderende, begge i Boise State.

NASA Exobiologi-programmet, NASA Astrobiology Institute via Goddard Center for Astrobiology, og Penn State Astrobiology Research Center finansierede dette projekt.