Потенциальные предшественники жизни на Земле формируются из множества сложных смесей, по словам группы ученых, которые говорят, что это может указывать на развитие строительных блоков, имеющих решающее значение для формирования генетических молекул для происхождения жизни на Земле.
Генетические молекулы обеспечивают способность хранить и воспроизводить информацию и, возможно, имели решающее значение для происхождения жизни, но неясно, как они возникли из сложных химических сред, существовавших на ранней Земле. Новые результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Scientific Reports, предполагают, что ответ может начаться с гетероциклов азота, кольцевых молекул, которые, как считается, распространены на молодой Земле и в других местах Солнечной системы. Несколько типов гетероциклов служат азотистыми основаниями или субъединицами ДНК и РНК, генетических молекул, используемых жизнью, какой мы ее знаем.
«Одной из проблем изучения происхождения жизни является расшифровка того, какие реакции были ключевыми шагами», - сказал Кристофер Хаус, профессор геолого-геофизических исследований в Пенсильванском университете. «Наша работа здесь определила наиболее вероятные следующие шаги, которые эти молекулы могут и будут предпринимать».
Группа исследователей обнаружила, что гетероциклы азота, возможно, служили строительными блоками для жизни в серии испытаний, которые генерировали сложные химические смеси, подобные тем, которые, возможно, были созданы ударами молнии, прошедшими через атмосферу ранней Земли. Десятки различных гетероциклов производили сходные примитивные генетические предшественники, даже если в ходе исследования состав атмосферы варьировался.
«Настоящим сюрпризом было то, что было обнаружено, что так много различных таких кольцевых молекул являются реакционноспособными и что они образуют один и тот же следующий шаг независимо от того, какую смоделированную атмосферу мы использовали», - сказал Хаус, который также является директором Пенсильванского университета. Государственный исследовательский центр астробиологии и Пенсильванский консорциум космических грантов НАСА.
Результаты подтверждают гипотезу о том, что более простые генетические структуры могли предшествовать образованию ДНК и РНК, и предполагают, что подобные пребиотические реакции могут происходить в других местах Солнечной системы.
В отличие от предыдущих исследований, в которых изучались подобные реакции в изолированных условиях, команда использовала органически сложные смеси, которые лучше имитируют химию ранней Земли, не зная, будут ли реакции представлять собой конструктивный шаг к жизни или тупик.
В ходе исследования гетероциклы реагировали в сложной смеси с образованием химически реактивных боковых цепей, структур, которые связывают гетероциклы вместе и облегчают образование более сложных молекул..
Эти модифицированные гетероциклы могут служить субъединицей пептидных нуклеиновых кислот (ПНК), предполагаемого предшественника РНК. То, что они так легко образовались в различных атмосферных условиях, подтверждает теорию о том, что PNA могли образоваться на добиотической Земле.
«Наши результаты намекают на возможность ПНК на ранней Земле, поскольку мы наблюдали множество надежных синтетических путей для некоторых из ее компонентов», - сказал Майк Каллахан, доцент кафедры химии в Государственном университете Бойсе.
Выводы также имеют значение для подобных генетических предшественников в других мирах.
«Органические вещества, реагирующие с гетероциклами и образующие эти боковые цепи, также были идентифицированы в межзвездной среде, кометах и даже атмосфере Титана», - сказала Лаура Родригес, которая руководила исследованием в качестве докторанта, изучающего науки о Земле в Пенсильванском университете. Состояние. «А поскольку реакции были стабильными в сложных смесях в широком диапазоне условий, наши результаты могут иметь значение для образования PNA за пределами Земли».
В этом исследовании также приняли участие Карен Смит, старший научный сотрудник, и Мелисса Робертс, аспирант, обе из Университета штата Бойсе.
Экзобиологическая программа НАСА, Институт астробиологии НАСА через Центр астробиологии Годдарда и Исследовательский центр астробиологии штата Пенсильвания финансировали этот проект.