Chemiker mögen das "fehlende Glied" zum ersten Leben auf der Erde gefunden haben

Vor vier Milliarden Jahren war die Erde von einem wässrigen Schlamm bedeckt, der von Urmolekülen, Gasen und Mineralien umwehte - nichts, was Biologen als lebendig erkennen würden. Irgendwann entstanden aus diesem präbiotischen Eintopf die ersten kritischen Bausteine ​​- Proteine, Zucker, Aminosäuren, Zellwände -, die sich in den nächsten Milliarden Jahren zu den ersten Flecken des Lebens auf dem Planeten vereinigen würden.

Eine Untergruppe von Chemikern hat ihre Karrieren damit beschäftigt, die frühen chemischen und umweltbedingten Bedingungen zu erforschen, aus denen die Ursprünge des Lebens entstanden sind. Mit nur wenigen Hinweisen aus den geologischen Aufzeichnungen synthetisieren sie einfache Moleküle, die vor Milliarden von Jahren existiert haben könnten, und testen, ob diese uralten Enzyme die Fähigkeiten hatten, prebiotisches Rohmaterial in den Stoff des Lebens zu verwandeln.

Ein Team solcher Chemiker vom Scripps Research Institute berichtete am 6. November in der Zeitschrift Natur Chemie dass sie ein einzelnes, primitives Enzym identifizierten, das mit frühen Earth-Katalysatoren reagiert haben könnte, um einige der wichtigsten Vorläufer des Lebens zu produzieren: die kurzen Ketten von Aminosäuren, die Zellen antreiben, die Lipide, die Zellwände bilden, und die Nucleotidstränge genetische Information.

Ramanarayanan Krishnamurthy ist Associate Professor für Chemie an Scripps und Hauptautor der Ursprünge von Life-Paper. Seit einigen Jahren experimentiert sein Labor mit einem synthetischen Enzym namens Diamidophosphat (DAP), von dem gezeigt wurde, dass es einen kritischen chemischen Prozess namens Phosphorylierung antreibt. Ohne Phosphorylierung - das ist einfach der Prozess der Zugabe eines Phosphatmoleküls zu einem anderen Molekül - würde das Leben nicht existieren.

"Wenn man sich das Leben heute ansieht, und wie es wahrscheinlich vor mindestens drei Milliarden Jahren war, basierte es auf einer Menge Phosphorylierungs-Chemie", sagte Krishnamurthy Seeker. "Ihre RNA, DNA und viele Ihrer Biomoleküle sind phosphoryliert. Dies gilt auch für Zucker, Aminosäuren und Proteine."

Die Enzyme, die die Phosphorylierung auslösen, werden Kinasen genannt. Sie verwenden Phosphorylierung, um Signale zu senden, die Zellen anweisen, sich zu teilen, um mehr von einem Protein als ein anderes zu machen, um DNA-Strängen zu trennen oder um RNA zu bilden. DAP könnte eine der ersten ursprünglichen Kinasen gewesen sein, um den Phosphorylierungsball ins Rollen zu bringen, glaubte Krishnamurthy.

Um seine Theorie zu testen, simulierten Krishnamurthy und seine Kollegen die Bedingungen der frühen Erde im Labor, indem sie sowohl eine Wasserbasis als auch eine matschige Paste verwendeten, die auf unterschiedliche pH-Werte eingestellt war. Sie kombinierten DAP mit verschiedenen Konzentrationen von Magnesium, Zink und einer Verbindung namens Imidazol, die als Katalysator für die Beschleunigung der Reaktionen fungierte, die noch Wochen oder sogar Monate in Anspruch nahmen.

Damit DAP den Test besteht, musste es erfolgreich Phosphorylierungsereignisse auslösen, die unter ähnlichen Bedingungen zu einfachen Nukleotiden, Peptiden und Zellwandstrukturen führten. Frühere Kandidaten für Enzyme für den Lebensanfang konnten nur bestimmte Strukturen unter sehr unterschiedlichen chemischen und Umweltbedingungen phosphorylieren. DAP, fand Krishnamurthy, konnte alles tun, die vier Nukleosidbausteine ​​der RNA phosphorylieren, dann kurze RNA-ähnliche Stränge, dann Fettsäuren, Lipide und Peptidketten.

Bedeutet das, dass DAP der Feenstaub ist, der zufällige Materie in Leben verwandelt hat? Nicht ganz, sagte Krishnamurthy.

"Das Beste, was wir tun können, ist zu versuchen, zu zeigen, dass einfache Chemikalien unter den richtigen Bedingungen zu weiterer Chemie führen können, die zu einem lebensähnlichen Verhalten führen kann. Wir können nicht behaupten, dass dies so ist das So entstand dieses Leben auf der frühen Erde. "

VERBINDUNG: Das Leben auf der Erde kann mit einem kosmischen Splash begonnen haben

Zum einen hat Krishnamurthy keinen Beweis dafür, dass DAP vor vier Milliarden Jahren existierte. Er synthetisierte das Molekül in seinem Labor als einen Weg, um eine der grundlegenden Herausforderungen für die Phosphorylierung in feuchten, frühen Erdzuständen zu lösen. Damit die meisten Phosphorylierungsreaktionen funktionieren, müssen sie ein Molekül Wasser entfernen.

"Wie entfernen Sie Wasser von einem Molekül, wenn Sie von einem Wasserbecken umgeben sind?" fragte Krishnamurthy. "Das ist thermodynamisch eine schwierige Aufgabe."

DAP löst dieses Problem durch Entfernen eines Moleküls Ammoniak anstelle von Wasser.

Krishnamurthy arbeitet mit Geochemikern zusammen, um mögliche Quellen von DAP in der geologischen Vergangenheit zu identifizieren. Phosphatreiche Lavaströme könnten mit Ammoniak in der Luft reagiert haben, um DAP zu erzeugen, oder sie könnten aus phosphathaltigen Mineralien ausgelaugt worden sein. Oder vielleicht ist es sogar auf dem Rücken eines Meteoriten angekommen, der von einem fernen Stern geschmiedet wurde.

Eines ist klar, ohne DAP oder etwas Ähnliches könnte die Erde immer noch eine leblose Schlammpfütze sein.