Химичната реакция, която може да е създала живота на Земята
Как е почнал животът? Как химичните реакции на ранната Земя са основали комплицирани, самовъзпроизвеждащи се структури, които са се трансформирали в познатите ни живи същества, а и в нас?
Според една от школите, преди актуалната епоха на живота, основан на ДНК, е съществувал тип молекула, наречена РНК (или рибонуклеинова киселина). РНК – която и през днешния ден е значим съставен елемент на живота – може да се самовъзпроизвежда и да катализира други химични реакции.
Но самите молекули на тази киселина са построени от по-малки градивни съставни елементи, наречени рибонуклеотиди. Така верният въпрос е по какъв начин са се образували те на ранната Земя, а по-късно са се комбинирали в РНК?
Химици се пробват да пресъздадат веригата от реакции, нужни за образуването на РНК в зората на живота, само че това е сложна задача. Знаем, че каквато и химична реакция да е основала рибонуклеотидите, тя би трябвало да е могла да се случи в комплицираният бульон, който е била нашата планета преди милиарди години.
Те са проучвали дали е допустимо „ автокаталитични “ реакции – реакции, при които се образуват химикали, които предизвикват същата реакция да се случи още веднъж, което значи, че те могат да се поддържат в необятен набор от условия – да са изиграли роля в този развой.
В едно такова изследване Кок Фонг Тран, докторант по пребиотична химия в Университета в Нов Южен Уелс, Австралия, и сътрудници интегрират автокатализата в добре прочут химичен път за произвеждане на градивните детайли на рибонуклеотидите – каквото може да се е случило с простите молекули и комплицираните условия, открити на ранната Земя.
Автокаталитичните реакции играят решаваща роля в биологията – от регулирането на сърдечния темп до образуването на шарки върху мидите. Всъщност самото възпроизвеждане на живота, при което една клетка приема хранителни субстанции и сила от околната среда, с цел да сътвори две кафези, е изключително комплициран образец за автокатализа.
Химичната реакция, наречена формoзна, открита за първи път през 1861 година, е един от най-хубавите образци за автокаталитична реакция, която би могла да се случи на ранната Земя.
По създание тя стартира с една молекула от просто съединяване, наречено гликолалдехид (съставено от водород, въглерод и кислород), и приключва с две. Механизмът разчита на непрекъснато доставяне с друго просто съединяване, наречено формалдехид.
Реакцията сред гликолалдехида и формалдехида основава по-голяма молекула, като се отделят фрагменти, които се връщат назад в реакцията и я поддържат. Щом обаче формалдехидът свърши, реакцията стопира и продуктите стартират да се разграждат от комплицирани захарни молекули в катран.
Реакцията с формалдехид споделя някои общи съставки с добре познатия химичен път за приемане на рибонуклеотиди, прочут като път на Паунер-Шутерланд. Въпреки това до момента никой не се е опитвал да свърже двете – и с основателна причина.
Реакцията е известна с това, че е „ неселективна “ – което значи, че при нея се получават доста безполезни молекули наред с тези, които желаем.
В проучването си обаче Тран и сътрудниците му пробват да прибавят и друга елементарна молекула, наречена цианамид, към реакцията формозата. Това дава опция някои от молекулите, получени по време на реакцията, да бъдат „ изсмукани “ за приемане на рибонуклеотиди.
Реакцията към момента не дава огромно количество рибонуклеотидни градивни детайли. Тези, които се получават, обаче са по-стабилни и е по-малко евентуално да се разградят.
Интересното в проучването е и консолидираното на формозата и производството на рибонуклеотиди. Предишни проучвания са изучавали всяко от тях поотделно, което отразява метода, по който химиците нормално мислят за основаването на молекули – като цяло те се стремят да заобикалят сложността, с цел да усилят оптимално количеството и чистотата на даден артикул. Този редукционистки метод обаче може да попречи да се изследват динамичните взаимоотношения сред другите химични пътища.
Тези взаимоотношения, които се случват на всички места в действителния свят отвън лабораторията, евентуално са мостът сред химията и биологията.
Автокатализата има и индустриални приложения. При прибавяне на цианамид към реакцията формозата различен от продуктите е съединяване, наречено 2-аминооксазол, което се употребява в химическите проучвания и в производството на доста фармацевтични артикули.
При стандартното произвеждане на 2-аминооксазол постоянно се употребяват цианамид и гликолалдехид, последният от които е безценен. Ако може да се създаде посредством формоза, ще е належащо единствено малко количество гликолалдехид за пускане на реакцията, което ще понижи разноските.
В момента тази процедура се усъвършенства с вярата, че ще може да се манипулира автокаталитичната реакция, с цел да се създадат нормалните химични реакции по-евтини и по-ефективни, а фармацевтичните артикули – по-достъпни. Може би това няма да е толкоз огромно събитие, колкото основаването на самия живот, само че от лабораторията на Тран считат, че въпреки всичко може да си коства.
