De wetenschap ontdekt de oorsprong van het leven: diepzeeopeningen in beeld!

De wetenschap ontdekt de oorsprong van het leven: diepzeeopeningen in beeld!

Dr. Martina Preiner, een getalenteerde onderzoeker bij het Microcosm Earth Future Center Universiteit van Marburg en bij het Max Planck Instituut voor Terrestrische Microbiologie ontving hij onlangs een Human Frontiers Science Grant. Deze prijs beloont hun innovatieve onderzoeksprojecten naar de oorsprong van het leven. Preiner en haar team richten zich op het bestuderen van poreuze minerale omgevingen en hun rol bij het ontstaan ​​van de eerste levensvormen.

Een belangrijk punt van zorg is het begrijpen van de interacties tussen organische cofactoren en primaire peptiden die voorkomen in geochemisch gevormde omgevingen. Biomoleculen die bekend staan ​​als cofactoren spelen een essentiële rol in biochemische reacties en zijn aanwezig in alle organismen. Er wordt vooral onderzoek gedaan naar de manier waarop deze complexe moleculen niet zomaar uit levenloze omgevingen kunnen voortkomen. Preiner is van plan minerale poriënnetwerken aan te leggen zodat biomoleculen en enzymprecursoren kunnen interageren.

Onderzoeksmethoden en doelstellingen

Het onderzoeksteam zal een uitgebreide evolutionaire geschiedenis van reactiecontrole onderzoeken om zelfvoorzienende reactienetwerken in het laboratorium op te bouwen. Het onderzoek wordt uitgevoerd vanuit drie perspectieven: katalyse op minerale oppervlakken, chemie in poreuze omgevingen en de reconstructie van oude enzymen. Naast Martina Preiner bestaat het team ook uit Cole Mathis van de Arizona State University en Liam M. Longo van het Earth-Life Science Institute. De aanvraag werd geselecteerd als een van de vijf beste groepen uit de 111 ingediende aanvragen.

Het belangrijkste doel van het project is om aan te tonen hoe een proto-enzymatisch productiesysteem cofactoren kan produceren die nodig zijn voor het voortbestaan ​​van levensvormen. Het Human Frontier Science Program, dat internationale samenwerking op het gebied van life sciences onderzoek bevordert, ondersteunt dit project financieel en wordt ondersteund door verschillende landen en de EU.

Diepzee hydrothermale ventilatieopeningen: een sleutel tot de oorsprong van het leven

Parallel aan het onderzoek van Preiner heeft een internationaal onderzoeksteam ontdekt dat hydrothermale ventilatieopeningen onder water mogelijke plaatsen kunnen zijn voor de vorming van protocellen. De wetenschappers simuleerden chemische reacties die plaatsvinden bij deze diepzeeopeningen en ontdekten dat gemineraliseerd heet water met opgelost CO2 en waterstof onder de juiste omstandigheden kan leiden tot de vorming van protocellen. Keulen ontdekte ook dat geschikte metaalkatalysatoren cruciaal zijn voor deze processen.

In een laboratoriumexperiment konden de onderzoekers aantonen dat een reactie bij 100 °C gedurende de nacht kooldioxide en waterstof omzet in mierenzuur, acetaten en pyruvaten. Deze producten kunnen dienen als uitgangsmateriaal voor de vorming van andere organische moleculen. Tot nu toe was het gebruik van enzymen als katalysator noodzakelijk, maar de nieuwe bevindingen kunnen de weg wijzen naar het verleden, waar eenvoudige chemische reacties werden gekatalyseerd door metalen en mineralen, wat uiteindelijk leidde tot de vorming van complexere nucleïnezuren en eiwitten.

Het onderzoek toont aan dat waterstof diende als een centrale bouwsteen voor vroege biochemische processen en onderstreept de belangrijke rol van hydrothermische systemen bij het ontstaan ​​van leven. De resultaten van de onderzoeken bieden ook interessante aanwijzingen over de overgang van geochemische naar biochemische processen, die zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Ecology & Evolution.

Het combineren van deze twee onderzoeksbenaderingen zou een nieuwe horizon kunnen openen in ons begrip van de oorsprong van het leven op aarde. Innovatieve benaderingen zoals die van Dr. Preiner en haar collega's zijn cruciaal voor het ontrafelen van de complexe mechanismen die uiteindelijk tot de eerste levensvormen hebben geleid.