Zinātne atklāj dzīvības izcelsmi: dziļūdens atveres fokusā!

Zinātne atklāj dzīvības izcelsmi: dziļūdens atveres fokusā!

Dr. Martina Preinere, talantīga pētniece Mikrokosmosa Zemes nākotnes centrā Mārburgas Universitāte un Maksa Planka Zemes mikrobioloģijas institūtā nesen saņēma Human Frontiers Science Grant. Ar šo balvu tiek atzīti viņu inovatīvie pētniecības projekti par dzīvības izcelsmi. Preinere un viņas komanda koncentrējas uz porainu minerālu vidi un to lomu pirmo dzīvības formu rašanās procesā.

Galvenā problēma ir izpratne par mijiedarbību starp organiskajiem kofaktoriem un primārajiem peptīdiem, kas atrodami ģeoķīmiski veidotās vidēs. Biomolekulām, kas pazīstamas kā kofaktori, ir būtiska loma bioķīmiskajās reakcijās, un tās atrodas visos organismos. Jo īpaši tiek veikti pētījumi par to, kā šīs sarežģītās molekulas nevar vienkārši rasties no nedzīvas vides. Preiners plāno izveidot minerālu poru tīklus, lai ļautu biomolekulām un enzīmu prekursoriem mijiedarboties.

Pētījuma metodes un mērķi

Pētniecības komanda pārbaudīs visaptverošu reakcijas kontroles evolūcijas vēsturi, lai laboratorijā izveidotu pašpietiekamus reakciju tīklus. Pētījums tiek veikts no trim perspektīvām: katalīze uz minerālām virsmām, ķīmija porainā vidē un seno enzīmu rekonstrukcija. Papildus Martinai Preinerei komandā ir arī Kols Matiss no Arizonas štata universitātes un Liams M. Longo no Zemes un dzīvības zinātnes institūta. Pieteikums tika izvēlēts kā viena no piecām labākajām grupām no 111 iesniegtajām grupām.

Projekta galvenais mērķis ir demonstrēt, kā protoenzīmu ražošanas sistēma spēj radīt dzīvības formu izdzīvošanai nepieciešamos kofaktorus. Programma Human Frontier Science Programme, kas veicina starptautisku sadarbību dzīvības zinātņu pētniecībā, finansiāli atbalsta šo projektu, un to atbalsta vairākas valstis un ES.

Dziļjūras hidrotermālās atveres: dzīvības izcelsmes atslēga

Paralēli Preinera pētījumiem starptautiska pētnieku grupa ir atklājusi, ka zemūdens hidrotermālās atveres varētu būt iespējamās vietas protošūnu veidošanās vietai. Zinātnieki simulēja ķīmiskās reakcijas, kas notiek šajās dziļjūras atverēs, un atklāja, ka mineralizēts karsts ūdens ar izšķīdinātu CO2 un ūdeņradi var izraisīt protošūnu veidošanos pareizajos apstākļos. Ķelne arī atklāja, ka piemēroti metāla katalizatori ir izšķiroši šajos procesos.

Laboratorijas eksperimentā pētnieki varēja pierādīt, ka reakcija 100 ° C temperatūrā uz nakti pārvērš oglekļa dioksīdu un ūdeņradi skudrskābē, acetātos un piruvātos. Šie produkti var kalpot kā izejmateriāls citu organisko molekulu veidošanai. Līdz šim bija nepieciešams izmantot fermentus kā katalizatoru, taču jaunie atklājumi var norādīt ceļu uz pagātni, kur vienkāršas ķīmiskas reakcijas katalizēja metāli un minerāli, kas galu galā noveda pie sarežģītāku nukleīnskābju un olbaltumvielu veidošanās.

Pētījumi liecina, ka ūdeņradis kalpoja par centrālo elementu agrīniem bioķīmiskiem procesiem un uzsver hidrotermālo sistēmu nozīmīgo lomu dzīvības radīšanā. Pētījumu rezultāti sniedz arī interesantas norādes par pāreju no ģeoķīmiskiem uz bioķīmiskiem procesiem, kas publicēti žurnālā Nature Ecology & Evolution.

Apvienojot šīs divas pētniecības pieejas, varētu atvērt jaunu apvārsni mūsu izpratnē par dzīvības izcelsmi uz Zemes. Novatoriskas pieejas, piemēram, Dr. Preineres un viņas kolēģu pieejas, ir ļoti svarīgas, lai atšķetinātu sarežģītos mehānismus, kas galu galā noveda pie pirmajām dzīvības formām.