Potentiële voorlopers van het leven op aarde vormen een verscheidenheid aan complexe mengsels, volgens een team van wetenschappers die zeggen dat dit zou kunnen wijzen op de ontwikkeling van bouwstenen die cruciaal zijn voor het vormen van genetische moleculen voor de oorsprong van het leven op aarde.

Genetische moleculen bieden het vermogen om informatie op te slaan en te repliceren en zijn mogelijk van cruciaal belang geweest voor het ontstaan ​​van leven, maar het is onduidelijk hoe ze zijn ontstaan ​​uit complexe chemische omgevingen die op de vroege aarde bestonden. nieuwe bevindingen, deze week gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten , suggereren dat het antwoord kan beginnen met stikstofheterocycli, geringde moleculen waarvan wordt aangenomen dat ze veel voorkomen op de jonge aarde en elders in het zonnestelsel. Verschillende soorten heterocycli dienen als nucleobasen, of subeenheden, van DNA en RNA, de genetische moleculen die worden gebruikt door het leven zoals wij dat kennen.

"Een van de uitdagingen bij het bestuderen van de oorsprong van het leven is te ontcijferen welke reacties de belangrijkste stappen waren, " zei Christoffelhuis, hoogleraar geowetenschappen aan Penn State. "Ons werk hier identificeerde de meest waarschijnlijke volgende stappen die deze moleculen zouden kunnen en zouden nemen."

Een team van onderzoekers ontdekte dat stikstofheterocycli mogelijk hebben gediend als bouwstenen voor het leven in een reeks tests die complexe chemische mengsels genereerden, zoals die mogelijk worden gecreëerd door blikseminslagen die door de vroege atmosfeer van de aarde gaan. Tientallen verschillende heterocycli produceerden vergelijkbare primitieve genetische voorlopers, zelfs wanneer de atmosferische samenstelling in het onderzoek werd gevarieerd.

"De echte verrassingen waren dat zoveel verschillende van dergelijke geringde moleculen reactief bleken te zijn en dat ze dezelfde volgende stap vormden, ongeacht welke gesimuleerde atmosfeer we gebruikten, " zei Huis, die ook dienst doet als directeur van het Penn State Astrobiology Research Center en het NASA Pennsylvania Space Grant Consortium.

De resultaten ondersteunen een hypothese dat eenvoudiger genetische structuren de vorming van DNA en RNA zouden kunnen dateren en suggereren dat vergelijkbare prebiotische reacties elders in het zonnestelsel zouden kunnen plaatsvinden.

In tegenstelling tot eerdere onderzoeken, die soortgelijke reacties in geïsoleerde omstandigheden hebben onderzocht, het team gebruikte organisch complexe mengsels die de vroege chemie van de aarde beter simuleerden, niet wetende of de reacties een constructieve stap naar het leven of een doodlopende weg zouden betekenen.

In de studie, de heterocycli reageerden in het complexe mengsel om chemisch reactieve zijketens te vormen, structuren die heterocycli met elkaar verbinden en de vorming van complexere moleculen vergemakkelijken, aldus de onderzoekers.

Deze gemodificeerde heterocycli zouden kunnen dienen als de subeenheid van peptidenucleïnezuren (PNA's), een voorgestelde voorloper van RNA. Dat ze zich zo gemakkelijk in verschillende atmosferische omstandigheden vormden, ondersteunt de theorie dat PNA's zich op prebiotische aarde hadden kunnen vormen.

"Onze bevindingen wijzen op de mogelijkheid van PNA op de vroege aarde, omdat we veel robuuste synthetische routes hebben waargenomen voor sommige van zijn componenten, " zei Mike Callahan, assistent-professor scheikunde aan de Boise State University.

De bevindingen hebben ook implicaties voor vergelijkbare genetische voorlopers op andere werelden.

"De organische stoffen die reageren met de heterocycli en deze zijketens vormen, zijn ook geïdentificeerd in het interstellaire medium, kometen, en zelfs de atmosfeer van Titan, " zei Laura Rodriguez, die het onderzoek leidde als promovendus geowetenschappen aan Penn State. "En aangezien de reacties robuust waren in complexe mengsels onder een breed scala aan omstandigheden, onze resultaten kunnen implicaties hebben voor de vorming van PNA's buiten de aarde."

Ook bijgedragen aan dit onderzoek waren Karen Smith, een senior onderzoeker, en Melissa Roberts, een afgestudeerde student, beide in Boise State.

Het NASA Exobiology-programma, het NASA Astrobiology Institute via het Goddard Center for Astrobiology, en het Penn State Astrobiology Research Center financierden dit project.