Znanost odkriva izvor življenja: v središču globokomorske odprtine!

Znanost odkriva izvor življenja: v središču globokomorske odprtine!

Martina Preiner, nadarjena raziskovalka v Microcosm Earth Future Center Univerza v Marburgu in na Inštitutu Maxa Plancka za kopensko mikrobiologijo, nedavno prejela štipendijo Human Frontiers Science Grant. Ta nagrada je priznanje njihovim inovativnim raziskovalnim projektom o izvoru življenja. Preiner in njena ekipa se osredotočajo na preučevanje poroznih mineralnih okolij in njihove vloge pri nastanku prvih oblik življenja.

Ključna skrb je razumevanje interakcij med organskimi kofaktorji in primarnimi peptidi, ki jih najdemo v geokemično oblikovanih okoljih. Biomolekule, znane kot kofaktorji, igrajo bistveno vlogo pri biokemičnih reakcijah in so prisotne v vseh organizmih. Zlasti potekajo raziskave o tem, kako te zapletene molekule ne morejo preprosto nastati iz neživih okolij. Preiner načrtuje izgradnjo mrež mineralnih por, ki bodo omogočale medsebojno delovanje biomolekul in prekurzorjev encimov.

Raziskovalne metode in cilji

Raziskovalna skupina bo preučila obsežno evolucijsko zgodovino nadzora reakcij, da bi v laboratoriju zgradila samozadostna reakcijska omrežja. Raziskave potekajo s treh vidikov: kataliza na mineralnih površinah, kemija v poroznih okoljih in rekonstrukcija starodavnih encimov. Poleg Martine Preiner sta v ekipi tudi Cole Mathis z univerze Arizona State in Liam M. Longo z Earth-Life Science Institute. Prijava je bila izmed 111 prijavljenih skupin izbrana med pet najboljših.

Glavni cilj projekta je prikazati, kako lahko protoencimski proizvodni sistem proizvaja kofaktorje, potrebne za preživetje življenjskih oblik. Program Human Frontier Science Programme, ki spodbuja mednarodno sodelovanje pri raziskavah znanosti o življenju, finančno podpira ta projekt, podpira pa ga več držav in EU.

Globokomorski hidrotermalni vrelci: ključ do izvora življenja

Vzporedno s Preinerjevimi raziskavami je mednarodna raziskovalna skupina odkrila, da bi lahko bili podvodni hidrotermalni vrelci možna mesta za nastanek protocelic. Znanstveniki so simulirali kemične reakcije, ki potekajo v teh globokomorskih odprtinah, in ugotovili, da lahko mineralizirana vroča voda z raztopljenim CO2 in vodikom vodi do tvorbe protocelic pod pravimi pogoji. Köln tudi ugotovil, da so ustrezni kovinski katalizatorji ključnega pomena za te procese.

V laboratorijskem poskusu so raziskovalci lahko pokazali, da reakcija pri 100 °C čez noč pretvori ogljikov dioksid in vodik v mravljično kislino, acetate in piruvate. Ti produkti lahko služijo kot začetni material za tvorbo drugih organskih molekul. Doslej je bila uporaba encimov kot katalizatorja nujna, a nova dognanja lahko pokažejo pot v preteklost, kjer so preproste kemične reakcije katalizirale kovine in minerali, kar je sčasoma privedlo do nastanka kompleksnejših nukleinskih kislin in proteinov.

Raziskava kaže, da je vodik služil kot osrednji gradnik zgodnjih biokemičnih procesov in poudarja pomembno vlogo hidrotermalnih sistemov pri nastanku življenja. Rezultati študij dajejo tudi zanimive namige o prehodu iz geokemičnih v biokemične procese, ki so bili objavljeni v reviji Nature Ecology & Evolution.

Združevanje teh dveh raziskovalnih pristopov bi lahko odprlo novo obzorje v našem razumevanju izvora življenja na Zemlji. Inovativni pristopi, kot so pristopi dr. Preiner in njenih kolegov, so ključnega pomena za razkritje kompleksnih mehanizmov, ki so na koncu pripeljali do prvih oblik življenja.