Кальцій як ключовий елемент у формуванні перших молекул життя: нові відкрити з Токіо
Дослідження, проведене вченими з Токійського інституту наук про Землю і життя, виявило вкрай цікаву роль кальцію у формуванні первісних молекулярних структур життя на молодій Землі. Результати, опубліковані в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences, вказують на те, що іони кальцію здатні selectively впливати на утворення примітивних полимерів, прокладаючи шлях до розуміння давньої загадки про хиральність молекул, що становлять основу живих організмів.
Хиральність є поняттям, яке стосується наявності молекул у двох зеркальних формах. У природі ми спостерігаємо вражаюче переважання одного типу: цукри в ДНК є правосторонніми, тоді як білки будуються з лівосторонніх амінокислот. Це явище, що отримало назву гомохиральності, є критично важливим для життя, але питання його виникнення залишається відкритим, залишаючи безліч питань для науковців.
В рамках дослідження, вчені зосередили увагу на винній кислоті – простій молекулі, що має два типи хиральності, щоб з’ясувати, як умови на молодій Землі впливали на формування гомохиральних довгих молекул. Дослідники встановили, що взаємодія молекул винної кислоти змінюється за присутності кальцію.
Як показали результати, чиста ліво- або правостороння винна кислота легко формує довгі ланцюги. Навпаки, у випадку змішування обох форм, утворення полимерів відбувається з великими труднощами. Проте, у присутності кальцію, кількість утворюваних полимерів збільшується. Вчені вважають, що кальцій може впливати на цей процес через два основних механізми. По-перше, він утворює кристали тартрату кальцію, які вибірково видаляють або ліво-, або правосторонні молекули з розчину. По-друге, кальцій змінює хімію полимеризації залишкових молекул винної кислоти. Цей процес міг підвищити спочатку незначний дисбаланс в хиральності, що, в кінцевому підсумку, призвело до однорідної ліво- або правосторонності, характерної для сучасних біомолекул.
Примітно, що дослідники дійшли висновку, що полиетери – прості полимери, до складу яких входять молекули винної кислоти – могли бути одними з перших гомохиральних молекул життя, задовго до появи РНК, ДНК чи білків.
«Зазвичай походження життя досліджується через призму біомолекул: нуклеїнових та амінокислот. Наша робота відкриває нову перспективу: «небюомолекули», на приклад, полиетери, могли відігравати ключову роль на ранніх етапах виникнення життя», — пояснює доцент Тоні З. Цзя, керівник дослідження.
Результати цього дослідження не тільки розширюють наше розуміння самих основ життя на Землі, але також відкривають нові можливості для вивчення подібних процесів на інших планетах, що може допомогти вченим у пошуках життя поза межами нашої планети. За даними NASA, дослідження екзопланет та їх умов можуть вказувати на повторення подібних хімічних реакцій, що відбувалися на молодій Землі, що відкриває нову главу в астробіології.
