Frågan om hur livet först uppstod här på jorden är ett mysterium som fortsätter att gäcka forskarna. Trots allt som forskare har lärt sig från fossila rekord och geologisk historia, är det fortfarande inte känt hur organiskt liv uppstod från oorganiska element (en process som kallas abiogenes) för miljarder år sedan.
En av de mer skrämmande aspekterna av mysteriet har att göra med peptider och enzymer, som hamnar i något av en 'kyckling och ägg'-situation. Ett team av forskare från University College London (UCL) tog nyligen upp detta genomfört en studie som effektivt visade att peptider kunde ha bildats under förhållanden analoga med urjorden.
Studien som beskriver deras resultat publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriftenNatur.Forskargruppen leddes av Dr. Matthew Powner, en läsare av organisk kemi vid UCL:s avdelning för kemi, och inkluderade Pierre Canavelli och Dr. Saidul Islam – som båda är forskare vid UCL:s sektion för organisk och biologisk kemi.
Sekvensen där aminosyror och peptider går samman för att bilda organiska celler. Kredit: peptidesciences.com
Som Powner förklarade syftet med deras studie i en nyligen intervju med UCL News:
'Peptider, som är kedjor av aminosyror, är en absolut nödvändig del av allt liv på jorden. De bildar väven av proteiner, som fungerar som katalysatorer för biologiska processer, men de kräver själva enzymer för att kontrollera deras bildning från aminosyror. Så vi har haft ett klassiskt kyckling-och-ägg-problem – hur tillverkades de första enzymerna?”
Som de antyder i sin studie har betydande forskning i det förflutna ägnats åt att ta reda på hur peptider först bildades och möjliggjorde uppkomsten av liv. All tidigare forskning har dock fokuserat på aminosyror, snarare än reaktiviteten hos deras kemiska prekursorer (kända som aminonitriler).
Medan aminonitriler kräver hårda förhållanden för att bilda aminosyror (vanligtvis starkt sura eller alkaliska), måste aminosyror laddas med energi för att bilda peptider. Men forskarna hittade ett sätt att kringgå båda dessa steg genom att visa att peptider kunde göras direkt från energirika aminonitriler.
Deras metod utnyttjade den inbyggda reaktiviteten hos aminonitriler med de andra molekylerna som var en del av jordens urmiljö. Processen bestod av att kombinera vätesulfid med aminonitriler och det kemiska substratet ferricyanid ([Fe(CN)6]3?) i vatten, vilket gav peptider.
Vad detta visade var att aminonitriler är kapabla att åstadkomma peptidbindningsbildning i vatten helt på egen hand och med större lätthet än aminosyror. Dessutom visade det att detta kunde ske under förhållanden och kemikalier som gasas ut under vulkanutbrott och som sannolikt fanns på jorden för miljarder år sedan. Pierre Canavelli, den första författaren till studien, sa:
'Kontrollerad syntes, som svar på miljömässiga eller interna stimuli, är en viktig del av metabolisk reglering, så vi tror att peptidsyntes kunde ha varit en del av en naturlig cykel som ägde rum i livets mycket tidiga evolution.'
'Detta är första gången som peptider på ett övertygande sätt har visat sig bildas utan att använda aminosyror i vatten, med relativt skonsamma förhållanden som sannolikt är tillgängliga på den primitiva jorden,' tillade medförfattaren Dr. Saidul Islam.
Dessa fynd kan ha betydande konsekvenser för studiet av abiogenes, såväl som sökandet efter liv på extrasolära planeter. De kan också vara användbara inom området syntetisk kemi eftersom amidbindningsbildning är väsentlig för tillverkning av syntetiska material, bioaktiva. Jämfört med konventionella kemiska processer som används kommersiellt är denna nya metod mer effektiv och mycket mer kostnadseffektiv.
Konstnärens intryck av den arkeiska eonen på jorden. Kredit: Smithsonian/Peter Sawyer
När vi blickar framåt vill forskargruppen vidareutveckla sina studier genom att hitta andra sätt på vilka aminonitriler kan leda till peptider. De undersöker också för närvarande de funktionella egenskaperna hos peptider som deras experiment producerade i hopp om att bättre förstå hur de kunde ha hjälpt till att utlösa bildandet av liv på jorden ca. 4 miljarder år sedan.
Efter många generationers försök (och misslyckande) att återskapa livets byggstenar, kan det vara så att forskare helt enkelt har gått baklänges om det? Och betyder detta att organisk teknik kan vara precis runt hörnet? Svaret kommer med tiden…
