Tiede löytää elämän alkuperän: syvänmeren tuuletusaukot keskipisteenä!

Tiede löytää elämän alkuperän: syvänmeren tuuletusaukot keskipisteenä!

Tri Martina Preiner, lahjakas tutkija Microcosm Earth Future Centerissä Marburgin yliopisto ja Max Planck Institute for Terrestrial Microbiology, sai äskettäin Human Frontiers Science Grant -apurahan. Tällä palkinnolla tunnustetaan heidän innovatiivisia elämän syntyä koskevia tutkimusprojektejaan. Preiner ja hänen tiiminsä keskittyvät tutkimaan huokoisia mineraaliympäristöjä ja niiden roolia ensimmäisten elämänmuotojen syntymisessä.

Keskeinen huolenaihe on orgaanisten kofaktorien ja geokemiallisesti muotoilluissa ympäristöissä esiintyvien primääristen peptidien välisten vuorovaikutusten ymmärtäminen. Kofaktoreina tunnetuilla biomolekyyleillä on olennainen rooli biokemiallisissa reaktioissa, ja niitä on läsnä kaikissa organismeissa. Erityisesti tutkitaan, kuinka nämä monimutkaiset molekyylit eivät voi yksinkertaisesti syntyä elottomista ympäristöistä. Preiner aikoo rakentaa mineraalihuokosverkostoja mahdollistaakseen biomolekyylien ja entsyymien esiasteiden vuorovaikutuksen.

Tutkimusmenetelmät ja -tavoitteet

Tutkimusryhmä tutkii kattavaa reaktionhallinnan evoluutiohistoriaa rakentaakseen itseään ylläpitäviä reaktioverkostoja laboratoriossa. Tutkimusta tehdään kolmesta näkökulmasta: katalyysi mineraalipinnoilla, kemia huokoisissa ympäristöissä ja muinaisten entsyymien rekonstruktio. Martina Preinerin lisäksi tiimiin kuuluvat myös Cole Mathis Arizonan osavaltion yliopistosta ja Liam M. Longo Earth-Life Science Institutesta. Hakemus valittiin 111 lähetetyn joukosta viiden parhaan joukossa.

Hankkeen päätavoitteena on osoittaa, kuinka protoentsymaattinen tuotantojärjestelmä voi tuottaa elämänmuotojen selviytymiselle välttämättömiä kofaktoreita. Kansainvälistä biotieteiden tutkimusyhteistyötä edistävä Human Frontier Science Program tukee tätä hanketta taloudellisesti ja sitä tukevat useat maat ja EU.

Syvänmeren hydrotermiset aukot: avain elämän alkuun

Rinnakkain Preinerin tutkimuksen kanssa kansainvälinen tutkimusryhmä on havainnut, että vedenalaiset hydrotermiset aukot voisivat olla mahdollisia paikkoja protosolujen muodostumiselle. Tutkijat simuloivat kemiallisia reaktioita, jotka tapahtuvat näissä syvänmeren aukoissa ja havaitsivat, että mineralisoitu kuuma vesi, jossa on liuennutta hiilidioksidia ja vetyä, voi johtaa protosolujen muodostumiseen oikeissa olosuhteissa. Köln havaitsivat myös, että sopivat metallikatalyytit ovat ratkaisevia näille prosesseille.

Laboratoriokokeessa tutkijat pystyivät osoittamaan, että reaktio 100 °C:ssa yön yli muuttaa hiilidioksidin ja vedyn muurahaishapoksi, asetaateiksi ja pyruvaateiksi. Nämä tuotteet voivat toimia lähtöaineena muiden orgaanisten molekyylien muodostukselle. Tähän asti entsyymien käyttö katalyyttinä oli välttämätöntä, mutta uudet löydöt voivat osoittaa tien menneisyyteen, jossa metallit ja mineraalit katalysoivat yksinkertaisia ​​kemiallisia reaktioita, jotka lopulta johtivat monimutkaisempien nukleiinihappojen ja proteiinien muodostumiseen.

Tutkimus osoittaa, että vety toimi keskeisenä rakennuspalikkana varhaisille biokemiallisille prosesseille ja korostaa hydrotermisten järjestelmien tärkeää roolia elämän luomisessa. Tutkimustulokset tarjoavat myös mielenkiintoisia vihjeitä siirtymisestä geokemiallisista prosesseista biokemiallisiin prosesseihin, jotka julkaistiin Nature Ecology & Evolution -lehdessä.

Näiden kahden tutkimustavan yhdistäminen voisi avata uuden horisontin ymmärryksellemme elämän alkuperästä maapallolla. Tohtori Preinerin ja hänen kollegoidensa kaltaiset innovatiiviset lähestymistavat ovat ratkaisevia niiden monimutkaisten mekanismien selvittämisessä, jotka lopulta johtivat ensimmäisiin elämänmuotoihin.