Enkele miljarden jaren geleden, toen de recent gevormde planeet Aarde afkoelde na een lange en meedogenloze periode van zwaar meteoorbombardement, poelen van oermodder begonnen te wervelen met de chemische voorlopers van het leven.

Vandaag, wetenschappers bedenken chemische reacties die de vroege aarde nabootsen om niet alleen te leren hoe het leven zoveel jaren geleden ontstond, maar ook om nieuwe mogelijkheden voor de moderne geneeskunde te ontsluiten.

"Als je chemie kunt krijgen die informatie codeert, dan kun je misschien nieuwe medicijnen ontwerpen, " zegt John Yin, een professor in chemische en biologische technologie aan de Universiteit van Wisconsin-Madison.

In een artikel dat op 29 september online is gepubliceerd, 2018, in het onderzoekstijdschrift Oorsprong van leven en evolutie van biosferen , Yin en collega's beschreven de eerste stappen in de richting van het bereiken van chemie die informatie codeert in verschillende omstandigheden die de omgeving van de prehistorische aarde zouden kunnen nabootsen.

"Ik zie dit als systeemchemie, ", zegt Yin. "Hoe kunnen we chemicaliën uit de winkel nemen en ze op zo'n manier combineren dat ze opkomende eigenschappen vertonen, zoals het vermogen om informatie op te slaan of zichzelf te kopiëren?"

De verbindingen die de onderzoekers combineerden waren moleculen genaamd aminozuren, die de moleculaire bouwstenen zijn voor de eiwitten die veel van het structurele en chemische werk in levende cellen uitvoeren. Er zijn 20 verschillende aminozuren die samen de essentiële eiwitten voor het leven vormen, maar Yin en collega's concentreerden zich op slechts twee:alanine en glycine, die tot de eenvoudigste voorbeelden van deze moleculen behoren.

Ook in de mix was een energiemolecuul genaamd trifosfaat, vermoedelijk beschikbaar op de vroege aarde.

De onderzoekers "kookten" het mengsel bij verschillende temperaturen en verschillende zure omstandigheden. In mengsels zonder het energiemolecuul, aminozuren kwamen alleen samen onder de meest hete en barre omstandigheden. Wanneer trifosfaat aanwezig was, echter, korte ketens van alanine en glycine gevormd bij meer gematigde temperaturen.

"Trifosfaat vergemakkelijkt reacties in omstandigheden waar het meeste leven voorkomt, ' zegt Yin.

Intrigerend, de alanine en glycine combineerden niet willekeurig. In plaats daarvan, de aminozuren gekoppeld in ketens met specifieke sequenties, afhankelijk van temperatuur en pH.

"Wat we hebben laten zien, is dat je een product bent van je omgeving, ' zegt Yin.

De sleutel tot het onderzoek was het vermogen om de samenstelling van verschillende aminozuurketens te bepalen met geavanceerde analytische chemie. Voor de moleculaire karakteriseringen, Yin werkte samen met Lingjun Li, hoogleraar farmacie en scheikunde.

"Mensen koken al sinds 1940 aminozuren, " zegt Yin. "Maar nu kunnen we identificeren wat er werkelijk in zit."

En wat ze identificeerden, verwijst naar de eerste glimpen van informatieopslag die zoveel miljarden jaren geleden ontstonden.

De wetenschappers speculeren dat, met verhoogde "kook" tijd, nog grotere complexiteit zou kunnen verschijnen. Hun reacties duurden slechts 24 uur - slechts een oogwenk vergeleken met de geschiedenis van de planeet. Aanvullend, de wetenschappers zijn van plan een grotere verscheidenheid aan moleculen aan het mengsel toe te voegen.

Eventueel, ze hopen mengsels te creëren waarin gecompliceerde moleculen spontaan samenkomen uit eenvoudiger componenten en zelfrijdende chemische reacties creëren die op elkaar inwerken en elkaar voeden.

Die reacties kunnen de sleutels bevatten tot het maken van nieuwe medicijnen of het efficiënter synthetiseren van bestaande verbindingen.

"We zullen uitzoeken hoe we de cirkel kunnen sluiten, ' zegt Yin.