Var varme, fugtige somre nøglen til livets oprindelse?

At afdække, hvordan de første biologiske molekyler (som proteiner og DNA) opstod, er et stort mål for forskere, der forsøger at løse livets oprindelse. I dag, kemikere ved Saint Louis University, i samarbejde med forskere ved College of Charleston og NSF/NASA Center for Chemical Evolution, offentliggjort en undersøgelse i tidsskriftet Naturkommunikation der tyder på delikaterende mineraler - som opløses i vand, de absorberer fra fugtig luft - kan hjælpe med at opbygge proteiner fra enklere byggesten under cyklusser, der er timet til at efterligne dag og nat på den tidlige jord.

"Med hensyn til planetens historie, hvordan livet opstod er sandsynligvis det største videnskabelige spørgsmål, vi kan stille, "sagde Paul Bracher, Ph.d., adjunkt i kemi ved Saint Louis University og hovedforsker ved undersøgelsen. "Et centralt stykke i denne store udfordring er at finde ud af, hvor store polymermolekyler, vi ved er vigtige for livet, kunne have dannet sig, før alle vores biologiske maskiner udviklede sig til at lave dem."

Bage proteiner i det præbiotiske køkken

Aminosyrer er de molekylære byggesten, der er forbundet med peptidbindinger til dannelse af proteiner. Kemikere har længe vidst, at simpelthen at bage blandinger af aminosyrer til tørhed vil føre til dannelse af peptidbindinger. Udbyttet af peptider forbedres, når vand tilsættes, og prøven tørres igen, efter at ingredienserne får lov til at blande igen. At udsætte aminosyrer for gentagne våd-tør-cyklusser kunne have været en god opskrift på tilberedning af peptider og proteiner på den tidlige jord, da varme solskinsdage afbrudt af lejlighedsvis regnvejr virker som rimelige vejrmønstre. Men en stor kritik af denne proces er dens afhængighed af uforudsigelige storme, der kan have udvandet ingredienserne til overskud.

Vand:En nødvendig, men problematisk ingrediens

"Følg vandet" har været NASAs motto i søgen efter liv uden for vores planet. Uden vand, livets biokemi som-vi-kender-det ville være umuligt.

I livets oprindelseskemi, løsningen er ofte problemet. For at konstruktive kemiske processer kan forekomme, byggestenene skal opløses i en flydende opløsning for at finde partnere til at reagere. På jorden, dette medium er vand, livets opløsningsmiddel.

Imidlertid, vand kan være et tveægget sværd. Mens livet har brug for vand for at overleve, for meget vand kan være ødelæggende. De fleste biologiske molekyler er tilbøjelige til hydrolyse, en proces, hvor vand bryder kemiske bindinger fra hinanden. Og for meget vand vil i sidste ende oversvømme udviklingsceller, der indeholder de udviklende biomolekyler, strakte dem for langt væk fra hinanden til at reagere.

En knivspids salt

Delikaterende mineraler tilbyder et middel til at skride begrænsningerne ved traditionel våd-tør cykling. Disse salte absorberer en begrænset mængde vand fra luften, baseret på den relative luftfugtighed, tilbyder naturlig regulering af vandet i en opløsning.

Den nye undersøgelse - et samarbejde mellem forskere ved SLU og College of Charleston - rapporterer, hvordan delikaterende salte kan hjælpe med at lave peptider fra den enkleste aminosyre, glycin, under selvregulering, gentagende våd-tør cykling. I løbet af dagen, reaktionsblandingerne danner peptider, når de fordamper til tørhed ved høje temperaturer. Om natten, reaktionerne henter vand fra atmosfæren for at danne vandige opløsninger ved lave temperaturer, derved genfugtes uden tilsætning af vand af et regnvejr og undgås muligheden for destruktiv overfortynding.

Tilsyneladende mindre forskelle, som at ændre den omgivende luftfugtighed fra 50% til 70%, kan føre til store forskelle i prøvens tendens til at absorbere vand, og dermed, store forskelle i udbyttet af reaktioner, de er vært for. Og mens kalium og natrium er naboer på det periodiske system med næsten identiske reaktiviteter, mange kaliumsalte er delikaterende, hvor deres natrium -modstykker ikke er det. Saltet K2HPO4 fremmede udbytter af peptider fra glycin ti gange større end i Na ₂ HPO ₄ .

Teamet mener, at deres system kan give spor, der er relevante for at løse mysteriet om, hvorfor alt liv på Jorden bruger så meget energi på at berige kalium inde i celler og smide natrium ud.

"Denne kreative forskning, undersøge, hvordan det kemiske miljø regulerer dannelsen af ​​store molekyler, repræsenterer endnu et stort skridt mod CCEs mål om at forstå kemierne bag tidlige biologiske molekyler. Vellykket engagement af bachelorforskere i dette arbejde afspejler også NSF's mission om integration af forskning med uddannelse til uddannelse af fremtidig arbejdsstyrke, "sagde Dr. Lin He, den fungerende vicedivisionsdirektør for divisionen for kemi ved National Science Foundation.

Bagerier ud over jorden

På trods af deres eksotisk klingende navn, delikationssalte er almindelige og findes i naturlige omgivelser, hvor de kan spille en rolle i at gøre det muligt for flydende vand at eksistere i miljøer, der ellers er for kolde og/eller tørre.

I en hyper-tørre region i Chiles Atacama-ørken, der er ugæstfri for livet, mikrobielle samfund bor i aflejringer af mineralet halit. Deres fotosyntetiske aktivitet stiger, når den relative luftfugtighed stiger over 70%, overskrider tærsklen, hvor deres halitmiljø bliver delikat.

Delikaterende blandinger af chlorid og perchloratsalte er også blevet identificeret på Mars. Disse blandinger ser ud til at flyde sæsonmæssigt og har opnået betydelig interesse fra astrobiologer som det eneste flydende vand på overfladen af ​​planeten.

Gør brug af disse naturligt forekommende mineraler, denne nye undersøgelse foreslår våd-tør-cyklusser reguleret af naturlige daglige svingninger i temperatur og fugtighed-ikke ved ukontrollerbare regnhændelser-udgør en præbiotisk gennemførlig model til at drive den kemiske dannelse af biopolymerer, der er centrale i biologien.

Var en simpel knivspids salt den manglende ingrediens til at lave mad på jorden? Vi ved det aldrig sikkert, men i dette tilfælde, det ser bestemt ud til at gøre en stor forbedring af opskriften på bagning af proteiner.