Symulując warunki panujące na Ziemi w laboratorium, naukowcy odkryli, że bez określonych aminokwasów, starożytne białka nie wiedziałyby, jak ewoluować we wszystko, co żyje na dzisiejszej planecie, w tym w rośliny, zwierzęta i ludzi.

Odkrycia, które szczegółowo opisują, w jaki sposób aminokwasy ukształtowały kod genetyczny starożytnych mikroorganizmów, rzucają światło na tajemnicę początku życia na Ziemi.

„Widzisz te same aminokwasy w każdym organizmie, od ludzi, przez bakterie, po archeony, a to dlatego, że wszystkie rzeczy na Ziemi są połączone przez to drzewo życia, które ma swój początek, organizm, który był przodkiem wszystkich żywych istot” – powiedział. Stephen Fried, chemik z Johns Hopkins, który współkierował badaniami z naukowcami z Uniwersytetu Karola w Czechach. „Opisaliśmy wydarzenia, które ukształtowały, dlaczego ten przodek otrzymał aminokwasy, które otrzymał”.

Wyniki badań zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego.

W laboratorium naukowcy naśladowali pierwotną syntezę białek sprzed 4 miliardów lat, używając alternatywnego zestawu aminokwasów, których było bardzo dużo, zanim powstało życie na Ziemi.

Odkryli, że starożytne związki organiczne włączyły aminokwasy najlepiej nadające się do fałdowania białek do swojej biochemii. Innymi słowy, życie kwitło na Ziemi nie tylko dlatego, że niektóre aminokwasy były dostępne i łatwe do wytworzenia w starożytnych siedliskach, ale dlatego, że niektóre z nich były szczególnie dobre w pomaganiu białkom w przyjmowaniu określonych kształtów w celu wykonywania kluczowych funkcji.

„Sfałdowanie białek zasadniczo umożliwiło nam ewolucję, zanim na naszej planecie pojawiło się życie” – powiedział Fried. „Można było mieć ewolucję, zanim istniała biologia, można było mieć naturalną selekcję chemikaliów, które są przydatne do życia, nawet zanim powstało DNA”.

Chociaż pierwotna Ziemia miała setki aminokwasów, wszystkie żywe istoty używają tych samych 20 tych związków. Fried nazywa te związki „kanonicznymi”. Ale nauka starała się określić, co jest tak wyjątkowego – jeśli w ogóle – w tych 20 aminokwasach.

W ciągu pierwszego miliarda lat atmosfera ziemska składała się z szeregu gazów, takich jak amoniak i dwutlenek węgla, które reagowały z wysokimi poziomami promieniowania ultrafioletowego, tworząc niektóre z prostszych kanonicznych aminokwasów. Inni przybyli specjalną dostawą przez meteoryty, które wprowadziły mieszankę składników, które pomogły życiu na Ziemi skompletować zestaw 10 „wczesnych” aminokwasów.

To, jak powstała reszta, jest pytaniem otwartym, na które zespół Frieda próbuje odpowiedzieć w ramach nowych badań, zwłaszcza że te kosmiczne skały przyniosły znacznie więcej niż „nowoczesne” aminokwasy.

„Próbujemy dowiedzieć się, co było takiego specjalnego w naszych kanonicznych aminokwasach” – powiedział Fried. – Czy zostali wybrani z jakiegoś konkretnego powodu?

Naukowcy szacują, że Ziemia ma 4,6 miliarda lat, a DNA, białka i inne cząsteczki zaczęły tworzyć proste organizmy dopiero 3,8 miliarda lat temu. Nowe badania dostarczają nowych wskazówek do tajemnicy tego, co wydarzyło się w międzyczasie.

„Aby mieć ewolucję w sensie darwinowskim, trzeba mieć ten cały wyrafinowany sposób przekształcania cząsteczek genetycznych, takich jak DNA i RNA, w białka. Ale replikacja DNA wymaga również białek, więc mamy problem z kurą i jajkiem” – powiedział Fried. „Nasze badania pokazują, że natura mogła wybrać elementy budulcowe o użytecznych właściwościach przed ewolucją darwinowską”.

Naukowcy zauważyli aminokwasy w asteroidach daleko od Ziemi, co sugeruje, że związki te są wszechobecne w innych zakątkach wszechświata. Dlatego Fried uważa, że ​​nowe badania mogą mieć również wpływ na możliwość znalezienia życia poza Ziemią.

„Wszechświat wydaje się kochać aminokwasy” – powiedział Fried. „Może gdybyśmy znaleźli życie na innej planecie, nie byłoby tak inaczej”.