Mokslas atranda gyvybės kilmę: dėmesio centre – giliavandenės angos!

Mokslas atranda gyvybės kilmę: dėmesio centre – giliavandenės angos!

Dr. Martina Preiner, talentinga Microcosm Žemės ateities centro tyrinėtoja Marburgo universitetas ir Max Planck sausumos mikrobiologijos institute neseniai gavo Human Frontiers Science Grant. Šiuo apdovanojimu pripažįstami jų novatoriški gyvybės kilmės tyrimų projektai. Preiner ir jos komanda daugiausia dėmesio skiria porėtos mineralinės aplinkos ir jų vaidmens pirmųjų gyvybės formų atsiradimui tyrinėjimui.

Pagrindinis rūpestis yra suprasti sąveiką tarp organinių kofaktorių ir pirminių peptidų, esančių geocheminės formos aplinkoje. Biomolekulės, žinomos kaip kofaktoriai, atlieka esminį vaidmenį biocheminėse reakcijose ir yra visuose organizmuose. Visų pirma, atliekami tyrimai, kaip šios sudėtingos molekulės negali tiesiog atsirasti iš negyvos aplinkos. Preineris planuoja sukurti mineralinių porų tinklus, kad biomolekulės ir fermentų pirmtakai galėtų sąveikauti.

Tyrimo metodai ir tikslai

Mokslininkų komanda išnagrinės išsamią reakcijos valdymo evoliucinę istoriją, kad laboratorijoje sukurtų savarankiškus reakcijos tinklus. Tyrimai atliekami trimis aspektais: mineralinių paviršių katalizė, chemija poringoje aplinkoje ir senovinių fermentų rekonstrukcija. Be Martinos Preiner, komandoje taip pat yra Cole'as Mathisas iš Arizonos valstijos universiteto ir Liamas M. Longo iš Žemės ir gyvybės mokslų instituto. Paraiška buvo išrinkta viena iš penkių geriausių grupių iš 111 pateiktų.

Pagrindinis projekto tikslas – parodyti, kaip protofermentinė gamybos sistema gali gaminti kofaktorius, būtinus gyvybės formų išlikimui. Šį projektą finansiškai remia Human Frontier Science Program, skatinanti tarptautinį bendradarbiavimą gyvosios gamtos mokslų tyrimų srityje, remia kelios šalys ir ES.

Giliavandenės hidroterminės angos: raktas į gyvybės kilmę

Lygiagrečiai su Preinerio tyrimais, tarptautinė tyrimų grupė atrado, kad povandeninės hidroterminės angos gali būti galimos protoląstelių susidarymo vietos. Mokslininkai imitavo chemines reakcijas, vykstančias šiose giliavandenėse angose, ir nustatė, kad mineralizuotas karštas vanduo su ištirpusiu CO2 ir vandeniliu gali sukelti protoląstelių susidarymą tinkamomis sąlygomis. Kelnas taip pat nustatė, kad tinkami metaliniai katalizatoriai yra labai svarbūs šiems procesams.

Laboratorinio eksperimento metu mokslininkai sugebėjo parodyti, kad reakcija 100 °C temperatūroje per naktį paverčia anglies dioksidą ir vandenilį į skruzdžių rūgštį, acetatus ir piruvatus. Šie produktai gali būti pradinė medžiaga formuojant kitas organines molekules. Iki šiol buvo būtina naudoti fermentus kaip katalizatorių, tačiau nauji atradimai gali parodyti kelią į praeitį, kur paprastas chemines reakcijas katalizavo metalai ir mineralai, galiausiai susidariusios sudėtingesnės nukleino rūgštys ir baltymai.

Tyrimas rodo, kad vandenilis buvo pagrindinis ankstyvųjų biocheminių procesų elementas ir pabrėžia svarbų hidroterminių sistemų vaidmenį kuriant gyvybę. Tyrimų rezultatai taip pat suteikia įdomių užuominų apie perėjimą nuo geocheminių prie biocheminių procesų, kurie buvo paskelbti žurnale Nature Ecology & Evolution.

Šių dviejų tyrimų metodų derinimas galėtų atverti naują horizontą mūsų supratimui apie gyvybės Žemėje kilmę. Inovatyvūs metodai, tokie kaip dr. Preiner ir jos kolegos, yra labai svarbūs norint išsiaiškinti sudėtingus mechanizmus, kurie galiausiai atvedė prie pirmųjų gyvybės formų.