Biologian sähköistäminen kuplassa

Elämän alkuperä Maan alkukantaisesta kemiasta on pitkään kiehtonut ja hämmentänyt meitä. Sukupolvien ajan tiedemiehet ovat pyrkineet ymmärtämään, miten monimutkainen biokemia kehittyi orgaanisista yhdisteistä.

Kalifornian yliopiston Santa Barbaran tutkijat havaitsivat, että tiettyjen luonnollisesti muodostuvien pisaroiden sisällä vallitsevat olosuhteet edistävät pelkistys- ja hapetusreaktioita (redox), jotka ovat elämän kannalta ratkaisevan tärkeitä.

Tulokset tukevat ajatusta, että nämä pisarat ovat voineet toimia protoentsyymeinä, mikä mahdollistaa monimutkaisempien orgaanisten molekyylien muodostumisen. Proceedings of the National Academy of Science -lehdessä julkaistuilla löydöksillä on tärkeitä vaikutuksia elämän alkuperän ja biokemian kehityksen ymmärtämiseen.

”Sähkökemiaa käyttäen kehitimme tavan nähdä näiden biologisesti tärkeiden nestepisaroiden sisään ja selvittää, miten ne luovat sopivan ympäristön kemiallisille reaktioille”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja, Nick Watkins.

Yksi aiheen tutkimusta ohjaavista keskeisistä kysymyksistä koskee varhaista orgaanista kemiaa Maassa. On olemassa hypoteesi, että esibioottisella Maalla kemia, joka johti ensimmäisten elämänmuotojen syntyyn, tapahtui pienissä pisaroissa. "Näitä koaservaatteiksi kutsuttuja pisaroita voidaan ajatella öljypisaroiksi vedessä", Watkins sanoi. Toisin kuin öljypisarat, koaservaatit muodostuvat kuitenkin makromolekyyleistä – kuten proteiineista, RNA:sta tai muista polymeereistä – jotka yhtyvät liuoksessa.

Tutkijat halusivat selvittää, luovatko koaservaatit ympäristön, joka edistää biologisesti mielenkiintoisia reaktioita. Tässä artikkelissa he tarkastelivat redox-reaktioita. Näihin liittyy elektronien siirtyminen kahden aineen välillä: toinen aine menettää elektroneja (hapettuu) ja toinen saa elektroneja (pelkistyy). Nämä kaksi prosessia tapahtuvat aina samanaikaisesti muodostaen yhden redox-reaktion.

Elektroninsiirto (ET) on sekä nisäkkäiden että bakteerien aineenvaihdunnan tukipilari, ja noin kolmannes biokemiasta sisältää redox-reaktioita, jotka usein ovat elävän järjestelmän energian muodostumisen tai siirtämisen taustalla.

Tiimi havaitsi, että koaservaatin sisällä oleva ympäristö lisäsi redox-reaktioiden todennäköisyyttä itsessään. Tämä ei ole uusi ilmiö mutta he ovat ensimmäiset, jotka kuvaavat, miten mikroympäristö ohjaa tätä.

”Sen lisäksi, että havaitsimme pisaroiden sisäisen ympäristön tekevän redox-reaktioista todennäköisempiä, havaitsimme myös, että molekyyleillä on helpompi luovuttaa elektroneja tässä ainutlaatuisessa ympäristössä”, sanoi Rodriguez, tohtoriopiskelija Sepunarun ryhmässä.

Aiheesta aiemmin:

Mikrosalamat, sähkökenttä ja elämä maapallolla?

Jään ilmiöt auttavat selittämään salamoinnin alkuperän