Wetenschappers moeten nog begrijpen en uitleggen hoe de informatieve moleculen van het leven - eiwitten en DNA en RNA - zijn ontstaan ​​uit eenvoudiger chemicaliën toen het leven op aarde zo'n vier miljard jaar geleden ontstond. Nu gelooft een onderzoeksteam van het Stony Brook University Laufer Center for Physical and Quantitative Biology en het Lawrence Berkeley National Laboratory dat ze het antwoord hebben. Ze ontwikkelden een rekenmodel dat uitlegt hoe bepaalde moleculen vouwen en aan elkaar binden om langer en complexer te worden, leidend van eenvoudige chemicaliën tot primitieve biologische moleculen. De bevindingen worden vroeg online gerapporteerd in PNAS .

Eerder ontdekten wetenschappers dat de vroege aarde waarschijnlijk de chemische basisbouwstenen bevatte, en aanhoudende spontane chemische reacties die korte ketens van chemische eenheden aan elkaar konden rijgen. Maar het is een raadsel gebleven welke acties er vervolgens toe zouden kunnen leiden dat korte chemische polymeerketens zich ontwikkelen tot veel langere ketens die nuttige eiwitinformatie kunnen coderen. Het nieuwe rekenmodel kan die kloof in de evolutie van scheikunde naar biologie helpen verklaren.

"We hebben een computermodel gemaakt dat een vouw-en-katalyserend mechanisme illustreert dat polymeersequenties versterkt en leidt tot op hol geslagen verbeteringen in de polymeren, " zei Ken Dille, hoofdauteur, Distinguished Professor en directeur van het Laufer Center. "De theoretische studie helpt om een ​​ontbrekende schakel te begrijpen in de evolutie van chemie naar biologie en hoe een populatie van moleculaire bouwstenen zou kunnen, overuren, resulteren in de opkomst van katalytische sequenties die essentieel zijn voor het biologische leven."

In de krant, getiteld "The Foldamer Hypothesis voor de groei en sequentie-differentiatie van prebiotische polymeren, " gebruikten de onderzoekers computersimulaties om te bestuderen hoe willekeurige sequenties van waterminnende, of polair, en wateravers, of hydrofoob, polymeren vouwen en binden samen. Ze ontdekten dat deze willekeurige sequentieketens van beide soorten polymeren kunnen instorten en vouwen tot specifieke compacte conformaties die hydrofobe oppervlakken blootleggen, dus dienen als katalysatoren voor het verlengen van andere polymeren. Deze specifieke polymeerketens, aangeduid als "foldameer"-katalysatoren, kunnen in paren samenwerken om langer te groeien en meer informatieve sequenties te ontwikkelen.

Dit proces, volgens de auteurs biedt een basis om uit te leggen hoe willekeurige chemische processen kunnen hebben geleid tot eiwitachtige voorlopers van biologisch leven. Het geeft een toetsbare hypothese over vroege prebiotische polymeren en hun evolutie.

"Door te laten zien hoe prebiotische polymeren informatieve 'foldamers' hadden kunnen worden, we hopen een belangrijke stap te hebben onthuld om te begrijpen hoe het leven zich miljarden jaren geleden op aarde begon te vormen, " legde professor Dill uit.