Ученые нашли "химию, лежащую в основе происхождения жизни’

Открытие исследователей из Университета Пердью не только проливает свет на происхождение жизни на Земле, но и может помочь спасти жизни, улучшив химические реакции в медицине

Химия возникновения жизни, то, как простые органические молекулы, содержащие углерод, начинают соединяться в большие самовоспроизводящиеся молекулы, такие как ДНК, и формируют жизнь, остается загадкой, но ученые полагают, что этот древний переход от химии к биохимии произошел в древних океанах Земли.

Но это создает проблему, парадокс. Несмотря на то, что биохимия и органическая жизнь требуют жидкой воды, химические реакции, необходимые для формирования ранних строительных блоков жизни, не могут протекать в полностью насыщенной водой среде — ранние океаны Земли, казалось бы, были просто слишком влажными, чтобы поддерживать образование молекул, необходимых для создания жизни.

То, что сейчас существуют мириады форм жизни, включая людей, является достаточным доказательством того, что жизнь нашла выход, и профессор аналитической химии Университета Пердью Грэм Кукс, возможно, разгадал загадку.

Оказывается, “вода не везде мокрая”, - сказал он в заявлении для СМИ.

В новой статье, опубликованной в понедельник в Proceedings of the National Academy of Sciences, доктор Грэм и его коллеги из Пердью Дилан Холден и Николас Морато описывают результаты своих исследований, показывающие, что химические реакции, необходимые для образования молекул пептидов, необходимых для жизни, могут протекать в очень крошечных пузырьках воды.

“Мы предполагаем, что поверхность раздела водных микрокапель служит поверхностью высыхания”, - пишут трио в статье. Эта тонкая пленка между водой и воздухом обеспечивает достаточную сухость для протекания важных химических реакций.

Химические реакции, которыми занимаются исследователи, - это соединение аминокислот в более крупные пептидные молекулы.

Аминокислоты являются строительными блоками более сложных биохимических процессов. Аминокислоты - это простые молекулы на основе углерода, которые соединяются вместе в цепочки численностью до 50, образуя пептиды. Более длинные цепочки аминокислот образуют полипептиды, которые, в свою очередь, соединяются вместе, образуя белки.

Аминокислоты могут образовываться в результате химических реакций, которые не связаны с возникновением жизни и не обязательно приводят к ней. Ученые полагают, например, что древние метеориты засеяли Землю многими аминокислотами, созданными на астероидах в космосе, факт, недавно подтвержденный японской миссией "Хаябуса-2", которая доставила образцы астероида Рюгу обратно на Землю.

Аминокислоты, которые когда-то были частью жизни, имеют решающее значение. Аминокислоты аденозин, цитозин, гуанин и тимин образуют основу ДНК, в то время как полипептиды образуют гормоны, такие как инсулин, а белки, такие как коллаген, помогают создавать структуру нашего тела.

Но для того, чтобы аминокислоты связались и образовали пептидные цепи, они должны отказаться от молекулы воды — то, что казалось ученым невозможным во влажном мире океана.

Но доктор Кук и его коллеги из Пердью, Дилан Холден и Николас Морато, теперь показывают, что поверхность крошечных капель воды, образованных разбивающимися волнами или брызжущими потоками, обеспечивает среду, в которой аминокислоты могут образовывать эти связи, позволяя более крупным молекулам образовываться из аминокислот.

“По сути, это химия, лежащая в основе происхождения жизни”, - сказал доктор Кукс. “Это первая демонстрация того, что первичные молекулы, простые аминокислоты, спонтанно образуют пептиды, строительные блоки жизни, в каплях чистой воды”.

Это не только помогает собрать воедино головоломку о том, как жизнь могла спонтанно возникнуть из ингредиентов, присутствующих на молодой Земле, но и может помочь человеческой жизни более чем через 3 миллиарда лет. Оказывается, реакции связывания аминокислот с пептидами протекают намного быстрее в микрокаплях, чем в жидком растворе, что могло бы ускорить разработку лекарств.

“Скорость реакций в каплях от ста до миллиона раз выше, чем у тех же химических веществ, реагирующих в объемном растворе”, - сказал доктор Кукс. “Используя капельную химию, мы создали аппарат, который сейчас используется в Пердью, для ускорения синтеза новых химических веществ и потенциальных новых лекарств”.