Odkrywanie początków życia – Naukowcy odkryli „kluczowe cząsteczki organiczne” w starożytnych kominach

Naukowcy z Uniwersytetu w Newcastle poczynili znaczny postęp w zrozumieniu początków życia na Ziemi, symulując warunki panujące w starożytnych kominach hydrotermalnych. Doprowadziło to do powstania kluczowych cząsteczek organicznych, tworzących prawdopodobnie najstarsze błony komórkowe. Ich odkrycia, które są kluczowe dla zrozumienia wczesnej ewolucji życia, sugerują, że życie mogło powstać pod powierzchniami lodowych księżyców naszego Układu Słonecznego.

Naukowcy z Uniwersytetu w Newcastle, przy wsparciu brytyjskiej Rady ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym, zgłębili zagadkę pojawienia się życia na Ziemi ponad 3,5 miliarda lat temu.

Zbadali transformację obojętnych materiałów geologicznych w pierwsze żywe systemy. Ich eksperymenty obejmowały połączenie wodoru, wodorowęglanu i bogatego w żelazo magnetytu w warunkach podobnych do umiarkowanych kominów hydrotermalnych. W wyniku tego procesu powstał szereg cząsteczek organicznych, w tym kwasy tłuszczowe zawierające do 18 atomów węgla.

Opublikowano w czasopiśmie Komunikacja o Ziemi i ŚrodowiskuIch odkrycia prawdopodobnie ujawnią, w jaki sposób niektóre kluczowe cząsteczki potrzebne do wytworzenia życia składają się z nieorganicznych substancji chemicznych, co jest niezbędne do zrozumienia kluczowego etapu powstawania życia na Ziemi miliardy lat temu. Ich wyniki mogą dostarczyć wiarygodnego źródła cząsteczek organicznych tworzących starożytne błony komórkowe, które mogły zostać selektywnie wybrane w wyniku wczesnych procesów biochemicznych zachodzących na prymitywnej Ziemi.

Kwasy tłuszczowe we wczesnych stadiach życia

Kwasy tłuszczowe to długie cząsteczki organiczne zawierające obszary przyciągające i odpychające wodę, które w naturalny sposób spontanicznie tworzą w wodzie przedziały komórkowe i to właśnie tego typu cząsteczki mogły stworzyć pierwsze błony komórkowe. Jednak pomimo ich znaczenia, źródło tych kwasów tłuszczowych we wczesnych etapach życia nie jest pewne. Jednym z pomysłów jest to, że mogły powstać w kominach hydrotermalnych, gdzie gorąca woda i płyny bogate w wodór pochodzące z podwodnych kominów mieszają się z wodą morską zawierającą dwutlenek węgla.₂.

Grupa odtworzyła w swoim laboratorium ważne aspekty środowiska chemicznego występującego we wczesnych oceanach Ziemi oraz mieszanie gorącej wody alkalicznej z niektórych typów kominów hydrotermalnych. Odkryli, że gdy gorące ciecze bogate w wodór zmieszano z wodą bogatą w dwutlenek węgla w obecności minerałów na bazie żelaza, które były obecne na wczesnej Ziemi, powstały typy cząsteczek niezbędnych do utworzenia prymitywnych błon komórkowych.

Główny autor, dr Graham Purvis, przeprowadził badanie na Uniwersytecie w Newcastle, a obecnie jest pracownikiem naukowym podoktorskim na Uniwersytecie w Durham.

Powiedział: „Przedziały komórkowe są głównym elementem pochodzenia życia i są niezbędne do izolowania chemii wewnętrznej od środowiska zewnętrznego. Przedziały te odegrały zasadniczą rolę w promowaniu reakcji podtrzymujących życie poprzez koncentrację substancji chemicznych i ułatwianie wytwarzania energii i prawdopodobnie służyły jako kamień węgielny.” W pierwszych chwilach życia.

Wyniki sugerują, że powinowactwo płynów bogatych w wodór z alkalicznych kominów hydrotermalnych z wodami bogatymi w wodorowęglany i minerałów na bazie żelaza mogło wytrącić prymitywne błony wczesnych komórek na początku życia. W wyniku tego procesu mogły powstać różne typy błon, a niektóre z nich prawdopodobnie służyły jako kolebka życia na początku. Co więcej, ten proces transformacji mógł przyczynić się do powstania specyficznych kwasów występujących w składzie pierwiastkowym meteorytów.

Główny badacz dr John Tilling, wykładowca biogeochemii w Szkole Nauk o Środowisku Naturalnym, dodał:

„Wierzymy, że te badania mogą stanowić pierwszy krok w procesie powstania życia na naszej planecie. Badania w naszym laboratorium kontynuują obecnie określenie drugiego kluczowego etapu: w jaki sposób te cząsteczki organiczne, które początkowo „przykleiły się” do metalowych powierzchni, mogą uwolnić się i utworzyć komory przypominające komórki otoczone kulistą membraną.” Pierwsze możliwe „protokomórki”, które utworzyły pierwsze życie komórkowe.

Co ciekawe, naukowcy zwracają również uwagę, że reakcje tworzenia błony nadal zachodzą w oceanach pod powierzchniami lodowych księżyców naszego Układu Słonecznego. Stwarza to możliwość alternatywnych źródeł życia na tych odległych światach.

Odniesienie: „Generowanie długołańcuchowych kwasów tłuszczowych poprzez redukcję wodorowęglanów w starożytnych alkalicznych kominach hydrotermalnych”, Graham Purvis, Lydia Schiller, Archie Crosky, Jowisz Vincent, Corinne Wells, Jake Shreve, Sijo Xavier i John Tilling, 10 stycznia 2024 r., Komunikacja o Ziemi i Środowisku.
doi: 10.1038/s43247-023-01196-4

Badanie zostało sfinansowane przez Radę ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym.