Wetenschappers hebben een kunstmatig eiwit ontwikkeld dat nieuwe inzichten zou kunnen bieden in de chemische evolutie op de vroege aarde.

Alle cellen hebben energie nodig om te overleven, maar omdat de soorten chemicaliën die beschikbaar waren in de begintijd van de planeet zo beperkt waren in vergelijking met de enorme omvang van de chemische diversiteit van vandaag, hadden meercellige organismen veel minder energie om de complexe organische structuren op te bouwen waaruit de wereld bestaat die we hebben. weet vandaag.

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences , levert bewijs dat veel van de organismen in de oersoep van de aarde sterk afhankelijk waren van metaalmoleculen, met name nikkel, om energie op te slaan en te verbruiken.

De huidige theorieën over het ontstaan ​​van microbieel leven suggereren dat, hoewel cellen koolstofdioxide en waterstof als brandstofbron gebruikten, ze ook in gebieden woonden die rijk waren aan gereduceerde metalen zoals ijzer en nikkel. Deze eerste chemische reacties werden ook grotendeels aangedreven door een enzym dat acetyl-co-enzym A-synthase of ACS wordt genoemd, een molecuul dat essentieel is voor de productie van energie en het vormen van nieuwe chemische bindingen.

Maar jarenlang zijn wetenschappers in het veld verdeeld over hoe dit enzym eigenlijk werkt - of de chemische reacties die het veroorzaakte willekeurig konden worden samengesteld of dat de chemische constructies een strikt stappenplan volgden. Hannah Shafaat, co-auteur van de studie en een professor in chemie en biochemie aan de Ohio State University, zei dat het kunstmatige model van het enzym van haar team veel onthult over hoe zijn inheemse voorouder zou hebben gehandeld tijdens de eerste paar miljard jaar van de aarde.

Vergeleken met wat wetenschappers in de natuur vinden, is dit modeleiwit veel gemakkelijker te bestuderen en te manipuleren. Hierdoor kon het team concluderen dat ACS inderdaad moleculen stap voor stap moet bouwen. Dergelijke informatie is cruciaal om te begrijpen hoe de organische chemie op aarde begon te rijpen.

"In plaats van het enzym te nemen en het te strippen, proberen we het van onderaf op te bouwen," zei Shafaat. "En wetende dat je de dingen in de juiste volgorde moet doen, kan in feite een gids zijn voor hoe je het in het laboratorium kunt recreëren."

Omdat wetenschappers hopen te begrijpen wat er als eerste uit de oersoep is voortgekomen, zei Shafaat dat de studie aantoonde dat zelfs eenvoudige enzymen zoals hun model het vroege leven hadden kunnen ondersteunen. Shafaat, die bijna vijf jaar aan het project heeft gewerkt, zei dat hoewel de studie op enkele uitdagingen stuitte, de lessen die het team leerde op de lange termijn de moeite waard waren.

Naast dat ze belangrijk zijn voor het begrijpen van de oerchemie, hebben hun bevindingen brede implicaties voor andere gebieden, waaronder de energiesector, zei Shafaat. "Als we kunnen begrijpen hoe de natuur erachter is gekomen hoe deze verbindingen miljarden en miljarden jaren geleden te gebruiken, kunnen we enkele van diezelfde ideeën gebruiken voor onze eigen alternatieve energie-apparaten," zei ze.

Op dit moment is het maken van vloeibare brandstof een van de grootste uitdagingen waar de energiesector voor staat. Toch zou deze studie de eerste stap kunnen zijn in het vinden van een natuurlijke energiebron die het overmatig gebruik van benzine en olie zou kunnen vervangen, zei Shafaat. Nu werkt haar team aan het stroomlijnen van hun product, maar zal blijven onderzoeken of er andere oergeheimen zijn die hun enzym zou kunnen onthullen.

Co-auteurs waren Anastasia C. Manesis en Alina Yerbulekova van Ohio State, en Jason Shearer van Trinity University. + Verder verkennen

Nieuwe rol voor cyanide in vroege aarde en zoektocht naar buitenaards leven