Kemikere skaber kunstigt protein, der kigger ind i Jordens kemiske fortid

Forskere har udviklet et kunstigt protein, der kan give ny indsigt i den kemiske evolution på den tidlige jord.

Alle celler har brug for energi for at overleve, men fordi den slags kemikalier, der var til rådighed i planetens tidlige dage, var så begrænsede sammenlignet med nutidens enorme omfang af kemisk mangfoldighed, havde flercellede organismer meget mindre energi til at bygge de komplekse organiske strukturer, der udgør den verden, vi kender i dag.

Ny forskning, offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences , giver bevis for, at mange af organismerne i Jordens ursuppe var stærkt afhængige af metalmolekyler, specifikt nikkel, for at hjælpe med at lagre og bruge energi.

Aktuelle teorier om, hvordan mikrobielt liv opstod, tyder på, at mens celler brugte kuldioxid og brint som brændstofkilde, beboede de også områder rige på reducerede metaller som jern og nikkel. Disse første kemiske reaktioner blev også i vid udstrækning drevet af et enzym kaldet acetylcoenzym A-syntase, eller ACS, et molekyle, der er afgørende for energiproduktion og dannelse af nye kemiske bindinger.

Men i årevis har forskere på området været uenige om, hvordan dette enzym faktisk virker - om de kemiske reaktioner, det ansporede, kunne samles tilfældigt, eller hvis dets kemiske konstruktioner fulgte en streng køreplan. Hannah Shafaat, medforfatter til undersøgelsen og professor i kemi og biokemi ved Ohio State University, sagde, at hendes holds kunstige model af enzymet afslører meget om, hvordan dets oprindelige forfader kunne have handlet i løbet af Jordens første par milliarder år.

Sammenlignet med, hvad videnskabsmænd finder i naturen, er dette modelprotein meget lettere at studere og manipulere. På grund af dette var holdet i stand til at konkludere, at ACS faktisk skal bygge molekyler et trin ad gangen. Sådan information er afgørende for at forstå, hvordan organisk kemi på Jorden begyndte at modnes.

"I stedet for at tage enzymet og strippe det ned, forsøger vi at bygge det op fra bunden," sagde Shafaat. "Og at vide, at man skal gøre tingene i den rigtige rækkefølge, kan grundlæggende være en guide til, hvordan man genskaber det i laboratoriet."

Da videnskabsmænd håber at forstå, hvad der kan være dukket op først ud af den oprindelige suppe, sagde Shafaat, at undersøgelsen viste, at selv simple enzymer som deres model kunne have understøttet det tidlige liv. Shafaat, som har arbejdet på projektet i næsten fem år, sagde, at selvom undersøgelsen stødte på nogle udfordringer, var de erfaringer, holdet lærte, det værd i det lange løb.

Ud over at være vigtige for at forstå primordial kemi, har deres resultater brede implikationer for andre områder, herunder energisektoren, sagde Shafaat. "Hvis vi kan forstå, hvordan naturen fandt ud af, hvordan man bruger disse forbindelser for milliarder og milliarder af år siden, kan vi udnytte nogle af de samme ideer til vores egne alternative energienheder," sagde hun.

I øjeblikket er en af ​​de største udfordringer, energisektoren står over for, at fremstille flydende brændstof. Alligevel kan denne undersøgelse være det første skridt i at finde en naturlig energikilde, der kan erstatte det overforbrug af benzin og olie, som mennesker har brugt, sagde Shafaat. Nu arbejder hendes team på at strømline deres produkt, men vil fortsætte med at undersøge, om der er andre urhemmeligheder, som deres enzym kan afsløre.

Medforfattere var Anastasia C. Manesis og Alina Yerbulekova fra Ohio State og Jason Shearer fra Trinity University. + Udforsk yderligere

Ny rolle for cyanid i begyndelsen af ​​Jorden og søg efter udenjordisk liv