Întrebarea cum a apărut viața pentru prima dată aici pe Pământ este un mister care continuă să ocolească oamenii de știință. În ciuda a tot ceea ce oamenii de știință au învățat din istoricul fosilelor și din istoria geologică, încă nu se știe cum a apărut viața organică din elementele anorganice (un proces cunoscut sub numele de abiogeneză) cu miliarde de ani în urmă.
Unul dintre cele mai descurajante aspecte ale misterului are de-a face cu peptidele și enzimele, care se încadrează într-o situație de tip „găină și ou”. Abordând acest lucru, o echipă de cercetători de la University College London (UCL) recent a efectuat un studiu care a demonstrat în mod eficient că peptidele s-ar fi putut forma în condiții analoge cu Pământul primordial.
Studiul care detaliază descoperirile lor a fost publicat recent în jurnalul științificNatură.Echipa de cercetare a fost condusă de dr. Matthew Powner, un cititor de chimie organică la Departamentul de chimie al UCL, și a inclus Pierre Canavelli și dr. Saidul Islam – ambii fiind cercetători la Secția de chimie organică și biologică a UCL.
Secvența în care aminoacizii și peptidele se unesc pentru a forma celule organice. Credit: peptidesciences.com
După cum Powner a explicat scopul studiului lor într-un interviu recent cu UCL News:
„Peptidele, care sunt lanțuri de aminoacizi, sunt un element absolut esențial al întregii vieți de pe Pământ. Ele formează țesătura de proteine, care servesc drept catalizatori pentru procesele biologice, dar ele însele necesită enzime pentru a controla formarea lor din aminoacizi. Așadar, am avut o problemă clasică de pui și ou - cum au fost făcute primele enzime?
După cum indică ei în studiul lor, cercetări considerabile în trecut au fost dedicate pentru a afla cum s-au format pentru prima dată peptidele și au permis apariția vieții. Cu toate acestea, toate cercetările anterioare s-au concentrat pe aminoacizi, mai degrabă decât pe reactivitatea precursorilor lor chimici (cunoscuți ca aminonitrili).
În timp ce aminonitrilii necesită condiții dure pentru a forma aminoacizi (de obicei puternic acizi sau alcalini), aminoacizii trebuie reîncărcați cu energie pentru a forma peptide. Cu toate acestea, cercetătorii au găsit o modalitate de a ocoli ambii acești pași, demonstrând că peptidele pot fi produse direct din aminonitrili bogati în energie.
Metoda lor a profitat de reactivitatea încorporată a aminonitrililor cu celelalte molecule care făceau parte din mediul primordial al Pământului. Procesul a constat în combinarea hidrogenului sulfurat cu aminonitrili și a substratului chimic fericianură ([Fe(CN)6]3?)în apă, care a dat peptide.
Ceea ce a demonstrat acest lucru a fost faptul că aminonitrilii sunt capabili să realizeze formarea de legături peptidice în apă singuri și cu mai multă ușurință decât aminoacizii. În plus, a arătat că acest lucru ar putea avea loc în condițiile și substanțele chimice care sunt degazate în timpul erupțiilor vulcanice și care au fost probabil prezente pe Pământ cu miliarde de ani în urmă. Pierre Canavelli, primul autor al studiului, a spus:
„Sinteza controlată, ca răspuns la stimulii de mediu sau interni, este un element esențial al reglării metabolice, așa că credem că sinteza peptidelor ar fi putut face parte dintr-un ciclu natural care a avut loc în evoluția foarte timpurie a vieții.”
„Este pentru prima dată când s-a demonstrat în mod convingător că peptidele se formează fără a utiliza aminoacizi în apă, folosind condiții relativ blânde care ar putea fi disponibile pe Pământul primitiv”, a adăugat coautorul dr. Saidul Islam.
Aceste descoperiri ar putea avea implicații semnificative pentru studiul abiogenezei, precum și căutarea vieții pe planetele extrasolare. Ele pot fi utile și în domeniul chimiei sintetice, deoarece formarea legăturilor amidice este esențială pentru fabricarea materialelor sintetice, bioactive. În comparație cu procesele chimice convenționale care sunt utilizate comercial, această nouă metodă este mai eficientă și mult mai rentabilă.
Impresia artistică a eonului arhean de pe Pământ. Credit: Smithsonian/Peter Sawyer
Privind în perspectivă, echipa de cercetare caută să-și continue studiile prin găsirea altor moduri în care aminonitrilii pot duce la peptide. În prezent, ei investighează, de asemenea, proprietățile funcționale ale peptidelor pe care experimentul lor le-a produs, în speranța de a înțelege mai bine cum ar fi putut contribui la declanșarea formării vieții pe Pământ cca. acum 4 miliarde de ani.
După multe generații în care au încercat (și nu au reușit) să recreeze elementele de bază ale vieții, s-ar putea ca oamenii de știință să fi mers pur și simplu în sens invers? Și asta înseamnă că tehnologia organică ar putea fi chiar după colț? Numai timpul va spune…