Hvordan de første biomolekyler kunne være blevet dannet

De kemiske forstadier til nutidens biomolekyler kunne være dannet ikke kun i dybhavet ved hydrotermiske åbninger, men også i varme damme på jordens overflade. De kemiske reaktioner, der kan være opstået i denne "ursuppe", er nu blevet gengivet i eksperimenter af et internationalt hold ledet af forskere fra Friedrich Schiller Universitet Jena, Tyskland. De fandt endda ud af, at en af ​​nukleobaserne, som repræsenterer koden for vores genetiske materiale, kunne stamme fra vores planets overflade.

Jorden er omkring 4,6 milliarder år gammel og var ikke altid et sted, der var gæstfri til liv. I de første hundrede millioner år bestod vores planets atmosfære primært af nitrogen, kuldioxid, metan, svovlbrinte og hydrogencyanid, også kendt som blåsyre. Fri ilt fandtes ikke. Under disse forhold er jernsulfid, som omdannes til jernoxid, når det udsættes for ilt, stabilt. På overfladen af ​​jernsulfid kan der dog finde biologisk vigtige reaktioner sted, svarende til dem, der forekommer i visse jern- og svovlbaserede enzymer, såsom nitrogenaser og hydrogenaser.

En utilsigtet genopdagelse gjorde det muligt

"Vi spurgte os selv:hvad sker der, når jernsulfid i denne oprindelige atmosfære kommer i kontakt med blåsyre?" forklarer prof. Wolfgang Weigand fra Institut for Uorganisk og Analytisk Kemi ved Universitetet i Jena.

"Det var nyttigt for os, at vi ved et uheld havde opdaget en særlig reaktiv form for jernsulfid i et vellykket samarbejde med min kollega prof. Christian Robl. Denne form var allerede blevet opdaget to gange i historien, og hver gang blev den glemt igen:en gang i 1700 og igen i 1920'erne. Så at sige opdagede de to daværende ph.d.-studerende, Robert Bolney og Mario Grosch, det for tredje gang,« tilføjer han.

De to kemikere observerede i laboratoriet, at når jernpulver omrøres med svovl i vand og let opvarmes, efter en vis tid, dannes jernsulfid som macinawit i en eksplosiv reaktion. Dette mineral tjente som en katalysator i eksperimentet med "ursuppe".

Et bogstav i den genetiske kode kan være blevet oprettet på denne måde

"Vi tilsatte kaliumcyanid, fosforsyre og vand til jernsulfidet i en nitrogenatmosfære og opvarmede blandingen til 80 grader Celsius. Fosforsyren omdanner kaliumcyaniden til blåsyre. Derefter tog vi gasprøver fra atmosfæren i de respektive beholdere. og analyserede dem," forklarer Weigand. Forskerne fandt stoffer, der kan have fungeret som kemiske forløbere for nutidens biomolekyler.

I tidsskriftet ChemSystemsChem , bekræfter holdet blandt andet opdagelsen af ​​thioler, der forekommer som lipider i cellemembraner, samt acetaldehyd, som er nødvendig som forløber for DNA-byggesten (kaldet nukleosider). "Det var særligt spændende, at vi under disse milde forhold endda var i stand til at detektere adenin, en nukleobase, der er et af de fem bogstaver i den genetiske kode," siger Weigand.

Ved hjælp af isotopmærkning var holdet i stand til at bevise, at cyaniden faktisk gav kulstof til de molekyler, de fandt. Weigand forklarer:"I dette eksperiment indeholdt kaliumcyanidet ikke isotopen carbon-12, som er den isotop, der står for 98,9 % af det kulstof, der naturligt forekommer i miljøet. I stedet var det den tungere - og også stabile - isotopkulstof. -13. Det var denne isotop, vi fandt i reaktionsprodukterne. På den måde kunne vi utvetydigt bevise, at carbonatomerne i de molekyler, vi fandt, virkelig kom fra det isotopmærkede kaliumcyanid."

Årtiers fantasi og tålmodighed

Weigand er især taknemmelig for samarbejdet fra hele det internationale team:"Man har virkelig brug for fantasi og tålmodighed til sådan et arbejde," siger han. "Og Robert Bolney og Mario Grosch har bevist det. Samarbejdet med vores kolleger ved University of California, Irvine og ved LMU München var også eksemplarisk."

Betydningen af ​​fantasi og især tålmodighed i videnskaben eksemplificeres af Wolfgang Weigand selv. For i 2003 modtog han Thüringer Research Prize sammen med prof. Günter Kreisel fra universitetet i Jena og dr. Willi Brand fra Max Planck Institute for Biogeochemistry Jena for sit papir "En mulig præbiotisk dannelse af ammoniak fra molekylært nitrogen på jernsulfid overflader."

Nu – næsten 20 år senere – har Weigand også været i stand til at vise, at de første kulstofforbindelser, som livet senere voksede ud af, kunne være dannet under disse forhold fra cyanid på Jordens overflade. + Udforsk yderligere

Fremstilling af brint med mindre energi