Forscher haben möglicherweise das fehlende Beweisstück gefunden, das die Ursprünge des Lebens erklärt
Die Frage, wie das Leben hier auf der Erde entstand, ist ein Rätsel, das sich Wissenschaftlern immer noch entzieht. Trotz allem, was Wissenschaftler aus dem Fossilienbestand und der geologischen Geschichte gelernt haben, ist immer noch nicht bekannt, wie organisches Leben vor Milliarden von Jahren aus anorganischen Elementen entstand (ein Prozess, der als Abiogenese bekannt ist).
Einer der entmutigenderen Aspekte des Mysteriums hat mit Peptiden und Enzymen zu tun, die in eine Art „Huhn und Ei“-Situation geraten. Ein Forscherteam des University College London (UCL) hat sich kürzlich damit befasst eine Studie durchgeführt Dies zeigte effektiv, dass sich Peptide unter Bedingungen gebildet haben könnten, die der Urerde analog waren.
Die Studie, die ihre Ergebnisse detailliert beschreibt, wurde kürzlich in der wissenschaftlichen Zeitschrift veröffentlichtNatur.Das Forschungsteam wurde von Dr. Matthew Powner, einem Reader für Organische Chemie am Department of Chemistry der UCL, geleitet und umfasste Pierre Canavelli und Dr. Saidul Islam – beide Forscher der Sektion Organische und Biologische Chemie der UCL.
Die Sequenz, in der Aminosäuren und Peptide zusammenkommen, um organische Zellen zu bilden. Bildnachweis:peptidsciences.com
Wie Powner kürzlich in einem Interview mit UCL News den Zweck ihrer Studie erklärte:
„Peptide, das sind Ketten von Aminosäuren, sind ein absolut essentielles Element allen Lebens auf der Erde. Sie bilden das Gewebe von Proteinen, die als Katalysatoren für biologische Prozesse dienen, benötigen aber selbst Enzyme, um ihre Bildung aus Aminosäuren zu steuern. Wir hatten also ein klassisches Henne-Ei-Problem – wie wurden die ersten Enzyme hergestellt?“
Wie sie in ihrer Studie zeigen, wurde in der Vergangenheit viel geforscht, um herauszufinden, wie sich Peptide gebildet und die Entstehung von Leben ermöglicht haben. Alle bisherigen Forschungen konzentrierten sich jedoch eher auf Aminosäuren als auf die Reaktivität ihrer chemischen Vorläufer (bekannt als Aminonitrile).
Während Aminonitrile harte Bedingungen zur Bildung von Aminosäuren erfordern (typischerweise stark sauer oder alkalisch), müssen Aminosäuren mit Energie aufgeladen werden, um Peptide zu bilden. Die Forscher fanden jedoch einen Weg, diese beiden Schritte zu umgehen, indem sie zeigten, dass Peptide direkt aus energiereichen Aminonitrilen hergestellt werden können.
Ihre Methode nutzte die eingebaute Reaktivität von Aminonitrilen mit anderen Molekülen, die Teil der ursprünglichen Umgebung der Erde waren. Der Prozess bestand aus der Kombination von Schwefelwasserstoff mit Aminonitrilen und dem chemischen Substrat Ferricyanid ([Fe(CN)6]3?)in Wasser, das Peptide lieferte.
Dies zeigte, dass Aminonitrile in der Lage sind, allein und leichter als Aminosäuren Peptidbindungen in Wasser zu bilden. Darüber hinaus zeigte sich, dass dies unter Bedingungen und Chemikalien stattfinden könnte, die bei Vulkanausbrüchen ausgegast werden und die wahrscheinlich vor Milliarden von Jahren auf der Erde vorhanden waren. Dazu Pierre Canavelli, der Erstautor der Studie:
„Die kontrollierte Synthese als Reaktion auf Umwelt- oder innere Reize ist ein wesentliches Element der Stoffwechselregulation, daher glauben wir, dass die Peptidsynthese Teil eines natürlichen Zyklus gewesen sein könnte, der in der sehr frühen Evolution des Lebens stattfand.“
„Dies ist das erste Mal, dass überzeugend gezeigt wurde, dass sich Peptide ohne die Verwendung von Aminosäuren in Wasser unter relativ sanften Bedingungen bilden, die wahrscheinlich auf der primitiven Erde verfügbar sind“, fügte Co-Autor Dr. Saidul Islam hinzu.
Diese Ergebnisse könnten erhebliche Auswirkungen auf die Erforschung der Abiogenese sowie die Suche nach Leben auf extrasolaren Planeten haben. Sie können auch für das Gebiet der Synthesechemie nützlich sein, da die Bildung von Amidbindungen für die Herstellung von synthetischen bioaktiven Materialien wesentlich ist. Im Vergleich zu herkömmlichen chemischen Verfahren, die kommerziell genutzt werden, ist dieses neue Verfahren effizienter und deutlich kostengünstiger.
Künstlerische Darstellung des Archäischen Äons auf der Erde. Bildnachweis: Smithsonian/Peter Sawyer
Mit Blick auf die Zukunft möchte das Forschungsteam seine Studien vorantreiben, indem es andere Wege findet, auf denen Aminonitrile zu Peptiden führen können. Sie untersuchen derzeit auch die funktionellen Eigenschaften von Peptiden, die ihr Experiment hervorgebracht hat, in der Hoffnung, besser zu verstehen, wie sie die Entstehung von Leben auf der Erde ca. Vor 4 Milliarden Jahren.
Könnte es sein, dass Wissenschaftler nach vielen Generationen des Versuchs (und dem Scheitern), die Bausteine des Lebens neu zu erschaffen, einfach rückwärts gegangen sind? Und bedeutet das, dass die Biotechnologie gleich um die Ecke sein könnte? Nur die Zeit kann es verraten…
