Kemikere opdager en plausibel opskrift på tidligt liv på Jorden

Kemikere ved The Scripps Research Institute (TSRI) har udviklet en fascinerende ny teori for, hvordan livet på Jorden kan være begyndt.

Deres eksperimenter, beskrevet i dag i journalen Naturkommunikation , demonstrere, at centrale kemiske reaktioner, der understøtter livet i dag, kunne have været udført med ingredienser, der sandsynligvis var til stede på planeten for fire milliarder år siden.

"Dette var en sort boks for os, " sagde Ramanarayanan Krishnamurthy, Ph.d., lektor i kemi ved TSRI og seniorforfatter til det nye studie. "Men hvis du fokuserer på kemien, spørgsmålene om livets oprindelse bliver mindre skræmmende."

Til den nye undersøgelse, Krishnamurthy og hans medforfattere, som alle er medlemmer af National Science Foundation/National Aeronautics and Space Administration Center for Chemical Evolution, fokuseret på en række kemiske reaktioner, der udgør det, forskere omtaler som citronsyrecyklussen.

Hver aerob organisme, fra flamingoer til svampe, er afhængig af citronsyrecyklussen til at frigive lagret energi i celler. I tidligere undersøgelser, forskere forestillede sig tidligt liv ved at bruge de samme molekyler til citronsyrecyklussen, som livet bruger i dag. Problemet med den tilgang, Krishnamurthy forklarer20ns, er, at disse biologiske molekyler er skrøbelige, og de kemiske reaktioner, der blev brugt i cyklussen, ikke ville have eksisteret i de første milliarder år af Jorden - ingredienserne fandtes ganske enkelt ikke endnu.

Lederne af den nye undersøgelse startede med de kemiske reaktioner først. De skrev opskriften og fandt derefter ud af, hvilke molekyler, der var til stede på den tidlige Jord, kunne have fungeret som ingredienser.

Den nye undersøgelse skitserer, hvordan to ikke-biologiske cyklusser - kaldet HKG-cyklussen og malonat-cyklussen - kunne være gået sammen for at kickstarte en rå version af citronsyrecyklussen. De to cyklusser bruger reaktioner, der udfører den samme grundlæggende kemi af a-ketoasyrer og b-ketoasyrer som i citronsyrecyklussen. Disse delte reaktioner inkluderer aldoltilsætninger, som bringer nye kildemolekyler ind i kredsløbene, samt beta- og oxidative decarboxyleringer, som frigiver molekylerne som kuldioxid (CO2).

Mens de kørte disse reaktioner, forskerne fandt ud af, at de kunne producere aminosyrer ud over CO2, som også er slutprodukterne af citronsyrecyklussen. Forskerne mener, at da biologiske molekyler som enzymer blev tilgængelige, de kunne have ført til udskiftning af ikke-biologiske molekyler i disse fundamentale reaktioner for at gøre dem mere komplicerede og effektive.

"Kemien kunne have været den samme over tid, det var bare molekylernes natur, der ændrede sig, "siger Krishnamurthy." Molekylerne udviklede sig til at være mere komplicerede over tid baseret på, hvad biologien havde brug for. "

"Moderne stofskifte har en forløber, en skabelon, det var ikke-biologisk, "tilføjer Greg Springsteen, Ph.d., første forfatter til det nye studie og lektor i kemi ved Furman University.

At gøre disse reaktioner endnu mere plausible er det faktum, at i centrum af disse reaktioner er et molekyle kaldet glyoxylat, som undersøgelser viser, kunne have været tilgængelig på den tidlige Jord og er en del af citronsyrecyklussen i dag (kaldet "Glyoxylat-shunten eller -cyklussen").

Krishnamurthy siger, at der skal laves mere forskning for at se, hvordan disse kemiske reaktioner kunne være blevet lige så bæredygtige som citronsyrecyklussen er i dag.