Chemici van The Scripps Research Institute (TSRI) hebben een fascinerende nieuwe theorie ontwikkeld over hoe het leven op aarde kan zijn begonnen.

hun experimenten, vandaag beschreven in het tijdschrift Natuurcommunicatie , laten zien dat belangrijke chemische reacties die het leven van vandaag ondersteunen, kunnen worden uitgevoerd met ingrediënten die waarschijnlijk vier miljard jaar geleden op de planeet aanwezig waren.

"Dit was een zwarte doos voor ons, " zei Ramanarayanan Krishnamurthy, doctoraat, universitair hoofddocent chemie bij TSRI en senior auteur van de nieuwe studie. "Maar als je je concentreert op de chemie, de vragen over de oorsprong van het leven worden minder ontmoedigend."

Voor de nieuwe studie Krishnamurthy en zijn co-auteurs, die allemaal lid zijn van de National Science Foundation/National Aeronautics and Space Administration Center for Chemical Evolution, gericht op een reeks chemische reacties die deel uitmaken van wat onderzoekers de citroenzuurcyclus noemen.

Elk aeroob organisme, van flamingo's tot schimmels, vertrouwt op de citroenzuurcyclus om opgeslagen energie in cellen vrij te geven. In eerdere onderzoeken is onderzoekers stelden zich het vroege leven voor met dezelfde moleculen voor de citroenzuurcyclus als het leven vandaag de dag gebruikt. Het probleem met die benadering, Krishnamurthy uitleg20ns, is dat deze biologische moleculen kwetsbaar zijn en dat de chemische reacties die in de cyclus worden gebruikt in de eerste miljard jaar van de aarde niet zouden hebben bestaan ​​- de ingrediënten bestonden gewoon nog niet.

Leiders van de nieuwe studie begonnen eerst met de chemische reacties. Ze schreven het recept en bepaalden vervolgens welke moleculen die op de vroege aarde aanwezig waren als ingrediënten hadden kunnen werken.

De nieuwe studie schetst hoe twee niet-biologische cycli - de HKG-cyclus en de malonaatcyclus genoemd - hadden kunnen samenkomen om een ​​ruwe versie van de citroenzuurcyclus op gang te brengen. De twee cycli gebruiken reacties die dezelfde fundamentele chemie van a-ketozuren en b-ketozuren uitvoeren als in de citroenzuurcyclus. Deze gedeelde reacties omvatten aldol-toevoegingen, die nieuwe bronmoleculen in de cycli brengen, evenals bèta- en oxidatieve decarboxylaties, die de moleculen vrijgeven als koolstofdioxide (CO2).

Terwijl ze deze reacties uitvoerden, de onderzoekers ontdekten dat ze naast CO2 ook aminozuren konden produceren die ook de eindproducten zijn van de citroenzuurcyclus. De onderzoekers denken dat toen biologische moleculen zoals enzymen beschikbaar kwamen, ze hadden kunnen leiden tot de vervanging van niet-biologische moleculen in deze fundamentele reacties om ze uitgebreider en efficiënter te maken.

"De chemie had in de loop van de tijd hetzelfde kunnen blijven, het was gewoon de aard van de moleculen die veranderde, "zegt Krishnamurthy. "De moleculen evolueerden om in de loop van de tijd ingewikkelder te worden op basis van wat de biologie nodig had."

"De moderne stofwisseling heeft een voorloper, een sjabloon, dat was niet-biologisch, " voegt Greg Springsteen toe, doctoraat, eerste auteur van de nieuwe studie en universitair hoofddocent scheikunde aan de Furman University.

Om deze reacties nog aannemelijker te maken, is het feit dat in het centrum van deze reacties een molecuul zit dat glyoxylaat wordt genoemd, waarvan studies aantonen dat het op de vroege aarde beschikbaar zou kunnen zijn en tegenwoordig deel uitmaakt van de citroenzuurcyclus (de "glyoxylaat-shunt of -cyclus" genoemd).

Krishnamurthy zegt dat er meer onderzoek moet worden gedaan om te zien hoe deze chemische reacties net zo duurzaam kunnen worden als de citroenzuurcyclus vandaag is.