قبل أربعة مليارات سنة ، كانت الأرض مختلفة تمامًا عما هي عليه اليوم ، خالية من الحياة ومغطاة بمحيط شاسع. على مدى ملايين السنين ، نشأت الحياة من ذلك الحساء البدائي. لطالما وضع الباحثون نظرية حول كيفية اتحاد الجزيئات لإحداث هذا التغيير. الآن ، اكتشف علماء أبحاث سكريبس تفاعلات كيميائية جديدة تستخدم السيانيد والأمونيا وثاني أكسيد الكربون – يُعتقد أنها شائعة في بداية الأرض – لإنتاج الأحماض الأمينية ولبنات بناء الأحماض النووية والبروتينات والحمض النووي.

Ramanarayanan Krishnamurthy ، دكتوراه ، أستاذ مشارك في الكيمياء في Scripps Research والمؤلف الرئيسي للورقة الجديدة ، نُشر في 28 يوليو. ، في إصدار 2022 كيمياء طبيعية. واضاف “نعتقد ان ردود الفعل التي وصفناها هي على الارجح ما حدث الأرض المبكرة. “

بالإضافة إلى تزويد الباحثين بنظرة ثاقبة حول كيمياء الأرض المبكرة ، فإن بعض التفاعلات الكيميائية المكتشفة حديثًا مفيدة أيضًا. عمليات التصنيعمثل توليد الجزيئات الحيوية ذات العلامات المخصصة من مواد البدء باهظة الثمن.

في وقت سابق من هذا العامأظهر فريق كريشنامورثي كيف يحفز السيانيد التفاعلات الكيميائية القابلة للعكس جزيئات بريبيوتيك الماء هو المركب العضوي الأساسي الضروري للحياة. على عكس التفاعلات المقترحة سابقًا ، عملت هذه التفاعلات في درجة حرارة الغرفة وعلى نطاق واسع من الأس الهيدروجيني. تساءل الباحثون عما إذا كانت هناك طريقة لصنع الأحماض الأمينية في ظل نفس الظروف جزيئات معقدة يصنع بروتينات في جميع الخلايا المعروفة.

في الخلايا اليوم ، تصنع الأحماض الأمينية من سلائف تسمى أحماض ألفا كيتو باستخدام كل من النيتروجين والبروتينات الخاصة التي تسمى الإنزيمات. وجد الباحثون دليلًا على وجود أحماض ألفا كيتو في وقت مبكر من تاريخ الأرض. ومع ذلك ، يفترض العديد أنه قبل ظهور الحياة الخلوية ، يجب أن تكون الأحماض الأمينية قد تكونت من الألدهيدات ، وهي سلائف مختلفة تمامًا عن أحماض ألفا كيتو ، لأن الإنزيمات اللازمة لإجراء التحويل لم تكن موجودة بعد. لكن هذه الفكرة أدت إلى نقاش حول كيف ومتى حدث الانتقال من الألدهيدات إلى أحماض ألفا كيتو باعتبارها المادة الخام الرئيسية لبناء الأحماض الأمينية.

بعد نجاحهم استخدموا السيانيد لقيادة الآخر تفاعلات كيميائية، شك كريشنامورثي وزملاؤه في أنه حتى بدون الإنزيمات ، فإن السيانيد سيساعد في تحويل أحماض ألفا كيتو إلى أحماض أمينية. مع العلم أن النيتروجين سيكون ضروريًا في شكل ما ، أضافوا الأمونيا – وهو شكل من أشكال النيتروجين الموجود على الأرض في وقت مبكر. ثم ، من خلال التجربة والخطأ ، اكتشفوا مكونًا رئيسيًا ثالثًا: ثاني أكسيد الكربون. مع هذا المزيج ، بدأوا في ملاحظة التكوين السريع للأحماض الأمينية.

يقول كريشنامورثي: “لقد توقعنا أن يكون من الصعب جدًا العثور عليه ، واتضح أنه أبسط بكثير مما كنا نتخيله”. “فقط اخلط الكيتو حامض، السيانيد والأمونيا ، إنه موجود هناك. بمجرد إضافة ثاني أكسيد الكربون ، حتى الكميات الضئيلة ، يتم تسريع التفاعل “.

نظرًا لأن التفاعل الجديد مشابه نسبيًا لما يحدث داخل الخلايا اليوم – باستثناء أنه يتم تشغيله بواسطة السيانيد بدلاً من البروتين – يقول الباحثون إنه يمكن أن يكون دليلًا على الحياة المبكرة بدلاً من ردود الفعل المختلفة بشكل جذري. يساعد البحث في الجمع بين جانبي نقاش طويل الأمد حول أهمية ثاني أكسيد الكربون في الحياة المبكرة. ثاني أكسيد الكربون مهم ، ولكن فقط في تركيبة مع جزيئات أخرى.

في عملية دراسة حساءهم الكيميائي ، اكتشف فريق Krishnamurthy أن orotate ، وهو منتج ثانوي من نفس التفاعل ، هو مقدمة للنيوكليوتيدات التي تشكل DNA و RNA. هذا هو ما يعنيه حساء بدائيفي ظل الظروف المناسبة ، يمكن أن تكون العديد من الجزيئات الضرورية للمكونات الأساسية للحياة قد تطورت.

يقول كريشنامورثي: “ما نريد القيام به بعد ذلك هو الاستمرار في دراسة نوع الكيمياء الذي ينشأ من هذا المزيج”. “هل تبدأ الأحماض الأمينية في صنع بروتينات أصغر؟ هل يعود أحد هذه البروتينات ويبدأ في العمل كإنزيم لإنتاج المزيد منها؟ أحماض أمينية؟ “

إلى جانب Krishnamurthy ، فإن مؤلفي الدراسة ، “Prebiotic Synthesis of α-Amino Acids and Orotate from α-Ketoacids ، يحفز التحول إلى مسارات الأيض الأوسع ،” هم Sunil Bulletikurthy و Mahipal Yadav و Greg Springsteen.