Χημικοί έχουν ανακαλύψει μια ευλογοφανή συνταγή για την πρώιμη ζωή στη Γη

Χημικοί, στο Ερευνητικό Ινστιτούτο Scripps (TSRI) έχουν αναπτύξει μια συναρπαστική νέα θεωρία για το πώς πρέπει να έχει αρχίσει η ζωή στη Γη. Τα πειράματά τους, που περιγράφονται στο περιοδικό Nature Communications, δείχνουν ότι βασικές χημικές αντιδράσεις που υποστηρίζουν την ζωή σήμερα θα μπορούσαν να έχουν πραγματοποιηθεί με συστατικά που πιθανώς να ήταν παρόντα στον πλανήτη πριν από τέσσερα δισεκατομμύρια χρόνια.

«Ήταν ένα μαύρο κουτί για μας», αναφέρει ο Ramanarayanan Krishnamurthy,  (φωτογραφία) αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο TSRI και κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Όμως εάν εστιάσετε στην χημεία, το πρόβλημα της προέλευσης της ζωής γίνεται λιγότερο δύσκολο». Για τη νέα μελέτη, ο Krishnamurthy και οι άλλοι συγγραφείς της, που είναι όλοι μέλη του Κέντρου για τη Χημική Εξέλιξη, εστίασαν σε μια σειρά χημικών αντιδράσεων που συνθέτουν αυτό που οι ερευνητές αναφέρουν ως κύκλο κιτρικού οξέως.

Κάθε αερόβιος οργανισμός, από τα φλαμίνγκο μέχρι τους μύκητες, βασίζεται στον κύκλο του κιτρικού οξέως για να απελευθερώσει αποθηκευμένη ενέργεια στα κύτταρα. Σε προηγούμενες μελέτες, οι ερευνητές υπέθεσαν την πρώιμη ζωή χρησιμοποιώντας τα ίδια μόρια για τον κύκλο του κιτρικού οξέως όπως το χρησιμοποιεί η ζωή σήμερα. Το πρόβλημα με αυτή την προσέγγιση, εξηγεί ο Krishnamurthy, είναι ότι αυτά τα βιολογικά μόρια είναι εύθραυστα και οι χημικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στον κύκλο δεν θα έπρεπε να υπάρχουν στα πρώτα ένα δισεκατομμύριο χρόνια της Γης – τα συστατικά, απλούστατα, δεν υπήρχαν ακόμη.

Οι επικεφαλείς της νέας μελέτης ξεκίνησαν πρώτα με τις χημικές αντιδράσεις. Έγραψαν την συνταγή και μετά προσδιόρισαν ποια μόρια, παρόντα στην πρώιμη Γη, θα μπορούσαν να λειτούργησαν ως συστατικά. Η νέα μελέτη περιγράφει πώς δυο μη-βιολογικοί κύκλοι – που ονομάζονται: κύκλος HKG και μηλονικός κύκλος – θα μπορούσαν να συνυπάρξουν για να βάλουν μπρος μια πρωτόγονη έκδοση του κύκλου του κιτρικού οξέως. Οι δυο κύκλοι χρησιμοποιούν αντιδράσεις που παρουσιάζουν την ίδια βασική χημεία των α-κετοξέων και β-κετοξέων, όπως στον κύκλο του κιτρικού οξέως. Αυτές οι κοινές αντιδράσεις περιλαμβάνουν αλδολικά πρόσθετα, τα οποία φέρνουν νέα πηγή μορίων στους κύκλους, καθώς βήτα και οξειδωτικές αποκαρβοξυλιώσεις, που απελευθερώνουν μόρια ως διοξείδιο του άνθρακα.

Καθώς έτρεχαν τις αντιδράσεις αυτές, οι ερευνητές βρήκαν ότι μπορούσαν να παράγουν αμινοξέα μαζί με διοξείδιο του άνθρακα (CO2), που είναι επίσης τα τελικά προϊόντα του κύκλου του κιτρικού οξέως. Οι ερευνητές θεώρησαν ότι καθώς βιολογικά μόρια όπως τα ένζυμα έγιναν διαθέσιμα, θα μπορούσαν να έχουν οδηγήσει στην αντικατάσταση των μη-βιολογικών μορίων σε αυτές τις βασικές αντιδράσεις για να τις κάνουν περισσότερο περίπλοκες και αποτελεσματικές. «Η χημεία θα μπορούσε να έχει μείνει η ίδια κατά τη διάρκεια του χρόνου, ήταν μόνο η φύση των μορίων που άλλαζε», λέει ο Krishnamurthy. «Τα μόρια εξελίχθηκαν με το χρόνο, για να είναι πιο περίπλοκα με βάση αυτό που η βιολογία χρειαζόταν».

«Ο σύγχρονος μεταβολισμός έχει έναν πρόδρομο, ένα πρότυπο, που ήταν μη-βιολογικός», προσθέτει ο Greg Springsteen, ο πρώτος από τους συγγραφείς και αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Πανεπιστήμιο Furman. Αυτό που κάνει αυτές τις αντιδράσεις ακόμη περισσότερο ευλογοφανείς είναι το γεγονός ότι στο κέντρο αυτών των αντιδράσεων είναι ένα μόριο που ονομάζεται γλυοξυλικό, το οποίο οι μελέτες δείχνουν ότι θα μπορούσε να ήταν διαθέσιμο στην πρώιμη Γη και που σήμερα είναι μέρος του κύκλου του κιτρικού οξέος (που ονομάζεται «γλυοξυλικός κύκλος»). Ο Krishnamurthy υποστηρίζει ότι απαιτείται να γίνει περισσότερη έρευνα για να δούμε πώς θα μπορούσαν οι αντιδράσεις αυτές να έχουν γίνει τόσο βιώσιμες όσο σήμερα ο κύκλος του κιτρικού οξέως.

Πηγή: The Scripps Research Institute

Περισσότερα στη δημοσίευση: Linked cycles of oxidative decarboxylation of glyoxylate as protometabolic analogs of the citric acid cycle. Nature Communications.