Teadus avastab elu päritolu: fookuses on süvamere tuulutusavad!

Teadus avastab elu päritolu: fookuses on süvamere tuulutusavad!

Dr Martina Preiner, Microcosmi Maa tulevikukeskuse andekas teadlane Marburgi ülikool ja Max Plancki Maapealse Mikrobioloogia Instituudis sai hiljuti Human Frontiers Science Granti. Selle auhinnaga tunnustatakse nende uuenduslikke uurimisprojekte elu tekke kohta. Preiner ja tema meeskond keskenduvad poorsete mineraalsete keskkondade ja nende rolli uurimisele esimeste eluvormide tekkes.

Peamine probleem on geokeemiliselt kujundatud keskkondades leiduvate orgaaniliste kofaktorite ja primaarsete peptiidide vastastikmõju mõistmine. Biomolekulid, mida nimetatakse kofaktoriteks, mängivad olulist rolli biokeemilistes reaktsioonides ja esinevad kõigis organismides. Eelkõige uuritakse, kuidas need keerulised molekulid ei saa lihtsalt tekkida elutust keskkonnast. Preiner kavatseb ehitada mineraalide pooride võrgustikke, et võimaldada biomolekulide ja ensüümi prekursoritel omavahel suhelda.

Uurimismeetodid ja eesmärgid

Uurimisrühm uurib reaktsiooni kontrolli põhjalikku evolutsioonilist ajalugu, et luua laboris isemajandavad reaktsioonivõrgustikud. Uuringud viiakse läbi kolmest vaatenurgast: katalüüs mineraalpindadel, keemia poorsetes keskkondades ja iidsete ensüümide rekonstrueerimine. Lisaks Martina Preinerile kuuluvad meeskonda ka Cole Mathis Arizona osariigi ülikoolist ja Liam M. Longo Earth-Life Science Institute'ist. Taotlus valiti 111 esitatud grupi seast viie parema hulka.

Projekti põhieesmärk on demonstreerida, kuidas protoensümaatiline tootmissüsteem suudab toota eluvormide ellujäämiseks vajalikke kofaktoreid. Programm Human Frontier Science Programm, mis edendab rahvusvahelist koostööd bioteaduste alal, toetab seda projekti rahaliselt ning seda toetavad mitmed riigid ja EL.

Süvamere hüdrotermilised tuulutusavad: elu tekke võti

Paralleelselt Preineri uurimistööga on rahvusvaheline uurimisrühm avastanud, et veealused hüdrotermilised ventilatsiooniavad võivad olla võimalikud kohad protorakkude tekkeks. Teadlased simuleerisid nendes süvamere tuulutusavades toimuvaid keemilisi reaktsioone ja leidsid, et lahustunud CO2 ja vesinikuga mineraliseeritud kuum vesi võib õigetes tingimustes viia protorakkude moodustumiseni. Köln Samuti leiti, et sobivad metallkatalüsaatorid on nende protsesside jaoks üliolulised.

Laborikatses suutsid teadlased näidata, et 100 °C üleöö toimuv reaktsioon muudab süsinikdioksiidi ja vesiniku sipelghappeks, atsetaatideks ja püruvaatideks. Need tooted võivad olla lähteaineks muude orgaaniliste molekulide moodustamisel. Seni oli ensüümide kasutamine katalüsaatorina vajalik, kuid uued leiud võivad suunata tee minevikku, kus lihtsaid keemilisi reaktsioone katalüüsisid metallid ja mineraalid, mis lõpuks viisid keerukamate nukleiinhapete ja valkude moodustumiseni.

Uuringud näitavad, et vesinik oli varajaste biokeemiliste protsesside keskne ehituskivi ja rõhutab hüdrotermiliste süsteemide olulist rolli elu loomisel. Uuringute tulemused annavad ka huvitavaid vihjeid ülemineku kohta geokeemiliselt protsessidelt biokeemilistele protsessidele, mis avaldati ajakirjas Nature Ecology & Evolution.

Nende kahe uurimismeetodi kombineerimine võib avada uue horisondi meie arusaamises elu päritolust Maal. Uuenduslikud lähenemisviisid, nagu dr Preiner ja tema kolleegid, on üliolulised keeruliste mehhanismide lahtiharutamisel, mis lõpuks viisid esimeste eluvormideni.