Nauka odkrywa pochodzenie życia: kominy głębinowe w centrum uwagi!

Nauka odkrywa pochodzenie życia: kominy głębinowe w centrum uwagi!

Dr Martina Preiner, utalentowana badaczka w Microcosm Earth Future Center Uniwersytetu w Marburgu oraz w Instytucie Mikrobiologii Lądowej Maxa Plancka otrzymał niedawno stypendium Human Frontiers Science Grant. Nagroda ta przyznawana jest ich innowacyjnym projektom badawczym na temat pochodzenia życia. Preiner i jej zespół skupiają się na badaniu porowatych środowisk mineralnych i ich roli w powstaniu pierwszych form życia.

Kluczową kwestią jest zrozumienie interakcji między kofaktorami organicznymi i peptydami pierwotnymi występującymi w środowiskach ukształtowanych geochemicznie. Biomolekuły zwane kofaktorami odgrywają zasadniczą rolę w reakcjach biochemicznych i są obecne we wszystkich organizmach. Prowadzone są w szczególności badania nad tym, czy te złożone cząsteczki nie mogą po prostu powstać ze środowisk nieożywionych. Preiner planuje skonstruować sieci porów mineralnych, aby umożliwić interakcję biomolekuł i prekursorów enzymów.

Metody i cele badań

Zespół badawczy przeanalizuje obszerną historię ewolucji kontroli reakcji, aby zbudować w laboratorium samowystarczalne sieci reakcji. Badania prowadzone są z trzech perspektyw: katalizy na powierzchniach mineralnych, chemii w środowiskach porowatych oraz rekonstrukcji starożytnych enzymów. Oprócz Martiny Preiner w skład zespołu wchodzą także Cole Mathis z Arizona State University i Liam M. Longo z Earth-Life Science Institute. Wniosek został wybrany jako jedna z pięciu najlepszych grup spośród 111 nadesłanych.

Głównym celem projektu jest wykazanie, w jaki sposób protoenzymatyczny system produkcyjny może wytwarzać kofaktory niezbędne do przetrwania form życia. Program Human Frontier Science Program, który promuje współpracę międzynarodową w badaniach z zakresu nauk o życiu, wspiera ten projekt finansowo i jest wspierany przez kilka krajów i UE.

Głębinowe kominy hydrotermalne: klucz do pochodzenia życia

Równolegle z badaniami Preinera międzynarodowy zespół badawczy odkrył, że podwodne kominy hydrotermalne mogą być potencjalnymi miejscami powstawania protokomórek. Naukowcy symulowali reakcje chemiczne zachodzące w tych głębinowych kominach i odkryli, że zmineralizowana gorąca woda z rozpuszczonym CO2 i wodorem może w odpowiednich warunkach prowadzić do powstawania protokomórek. Kolonia odkryli również, że odpowiednie katalizatory metaliczne mają kluczowe znaczenie w tych procesach.

W eksperymencie laboratoryjnym badaczom udało się wykazać, że reakcja prowadzona przez noc w temperaturze 100 °C przekształca dwutlenek węgla i wodór w kwas mrówkowy, octany i pirogroniany. Produkty te mogą służyć jako materiał wyjściowy do tworzenia innych cząsteczek organicznych. Do tej pory konieczne było stosowanie enzymów jako katalizatora, ale nowe odkrycia mogą wskazać drogę do przeszłości, gdzie proste reakcje chemiczne były katalizowane przez metale i minerały, co ostatecznie prowadziło do powstania bardziej złożonych kwasów nukleinowych i białek.

Badania pokazują, że wodór służył jako główny element wczesnych procesów biochemicznych i podkreśla ważną rolę systemów hydrotermalnych w tworzeniu życia. Wyniki badań dostarczają także ciekawych wskazówek na temat przejścia od procesów geochemicznych do biochemicznych, które opublikowano w czasopiśmie Nature Ecology & Evolution.

Połączenie tych dwóch podejść badawczych może otworzyć nowy horyzont w naszym rozumieniu początków życia na Ziemi. Innowacyjne podejście, takie jak podejście dr Preiner i jej współpracowników, ma kluczowe znaczenie dla rozwikłania złożonych mechanizmów, które ostatecznie doprowadziły do ​​powstania pierwszych form życia.