Як життя з’явилося на Землі з безлічі неживих молекул – це вперта таємниця. Експерименти можуть показати нам, як могли відбутися ключові кроки , але на кожен стрибок вперед чекають глухі тупики.
Вода, наприклад, здається невід’ємною складовою життя з самого початку. Проте процес вирощування деяких найважливіших компонентів життя має розчаровуючу огиду до намокання.
«Ми знаємо, що амінокислоти є будівельними блоками білків, а білки необхідні для життя», — каже інженер-біохімік Університету Вісконсін-Медісон Джон Їн.
«У пребіотичній хімії довго стояло питання про те, як ми можемо змусити ці речі утворювати зв’язки та струни таким чином, що врешті-решт може призвести до живої клітини. Питання складне, тому що конкретна хімія, яка бере участь, має тенденцію до збою в наявність води».
Переважна теорія з часів Чарльза Дарвіна полягає в тому, що життя виникло з однозначно вологого « первісного бульйону », що ускладнює примирення з точною роллю, яку вода може відігравати у виникненні тих перших стійких реакцій, що самовідтворюються.
Тож інженер-хімік Університету Вісконсіна-Медісон Гейлі Бойгензан провела дослідження моделювання мінливого середовища – такого, що змінювалося між вологими та сухими умовами, які легко відтворюються в природі за допомогою циклів припливів і відливів і дня/нічі, а також зміни погоди.
Команда Boigenzahn поєднала вибір амінокислот, які, як виявилося, досить легко виробляти природним шляхом . Будучи будівельними блоками білків – одиниць, які можуть виконувати механічну роботу живих процесів – отримані структури є вірним шансом зіграти важливу роль у ранніх формах біології .
На жаль, змусити ці одиниці з’єднати один з одним у довші ланцюги є певною проблемою. У цьому випадку дослідники використовували амінокислоту гліцин .
Потім вони додали до свого супу триметафосфат, молекулу, яка природно виробляється вулканами .
Нарешті, суп був приправлений гідроксидом натрію ( NaOH ), щоб підвищити його pH.
Ось і ось, протягом першої години експерименту гліцин з’єднався, утворивши двоєдинну молекулу, яка називається димером. Ця реакція вивільняє протони, які, у свою чергу, нейтралізують рН, необхідний для проведення димеризації, фактично гальмуючи весь процес.
Як виявилося в попередніх дослідженнях , коли рН розчину став більш нейтральним, димери повільно почали з’єднуватися один з одним у трохи довші ланцюги. Однак у міру висихання розчину швидкість реакції зросла, можливо, через концентрацію молекул, які скупчувалися ближче одна до одної, підозрює команда.
«Те, що ми тут показуємо, так це те, що це не обов’язково має бути те саме середовище протягом усіх реакцій», — каже Бойгензан. «Вони можуть відбуватися в різних середовищах за умови, що реакції, які відбуваються, допомагають створити середовище, сприятливе для наступних кроків».
Цикл переходів між вологими та сухими умовами може перетворити молекулу на більш складні білки, деякі з яких можуть стимулювати інші хімічні реакції, пов’язані з життям.
«Той факт, що механізми цих реакцій були відомі протягом багатьох років і було обмежене оцінювання зв’язку між ними, говорить про те, що, можливо, варто звернути більше уваги на вплив запропонованих пребіотичних реакцій на їх середовище, на додаток до ефектів навколишнього середовища на реакції”, – зазначають Бойгензан і команда .
Це також не перша підказка того, що зародження життя могло виникнути на межі вологості. Раніше цього року хіміки виявили, що вільно плаваючі амінокислоти є більш реакційноздатними на межі повітря-вода крихітних крапельок. Щобільше, ці реакції відбувалися в нормальних умовах навколишнього середовища без потреби в інших хімічних речовинах чи радіації.
Попереду ще довгий шлях до розуміння всього, що пов’язано з цим, але розуміння процесів, що стоять за створенням життя, також може відкрити двері для нових, потужніших технологій, заснованих на хімії.
«Зрештою ви можете створити хімічні системи, здатні зберігати інформацію, адаптуватися та розвиватися», — каже Їнь.
«ДНК зберігає інформацію з щільністю, яка в тисячі разів перевищує щільність комп’ютерного чіпа. Якби ми могли отримати системи, які могли б робити це, не обов’язково будучи живими клітинами, тоді б ви почали думати про різноманітні нові функції та процеси, що відбуваються на молекулярному рівні».
