За крок до ефективного виробництва біопалива: кинуто виклик 160-річній теорії походження життя

Про це пише SciTechDaily.

На ранніх етапах формування наша планета була мінливим і негостинним місцем, для якої були характерні:

• екстремальні температури;
• поширена вулканічна активність;
• тонка примітивна атмосфера.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

І все ж, якимось чином основні молекулярні компоненти життя, такі як цукри, амінокислоти та нуклеотиди, виникли посеред усього цього хаосу. Однак одна з найдавніших теорій припускає, що рибоза, цукор, який утворює структурну основу РНК, виник спонтанно в результаті хімічного процесу. Однак нові дослідження заперечують цю ідею.

Кинули виклик теорії "формозної реакції"

Нове дослідження було проведене вченими з Scripps Research і Технологічного інституту Джорджії, а його результати ставлять під сумнів обґрунтованість гіпотези "формозної реакції". Гіпотеза передбачає, що прості молекули формальдегіду реагували в ранніх земних умовах, утворюючи рибозу.

Однак результати нової роботи показують ключове обмеження: у контрольованих експериментальних умовах реакція формози не дає лінійних цукрів, таких як рибоза. Натомість вона переважно виробляє розгалужені структури цукрів, які несумісні з утворенням РНК.

Автори дослідження зазначають, що результати не просто змінюють наше розуміння того, як могли виникнути основні молекули життя, але також і припускають ідеї, що можуть вплинути на синтетичну біологію та стратегії виробництва біопалива.

За словами автора дослідження, професора хімії Раманарайянана Крішнамурті, нові дані вказують на те, що концепція реакції формози як пребіотичного джерела рибози потребує серйозного перегляду. Вчені також вважають, що для розуміння того, як ці молекули цукру виникли на ранній Землі, слід вивчити інші варіанти й моделі.

Реакція формози

Реакція формози була випадково відкрита вченими 1861 року і відтоді вважається провідною гіпотезою утворення пребіотичного цукру. Під час реакції молекули формальдегіду спонтанно і багаторазово реагують одна з одною, утворюючи більші молекули: спочатку два формальдегіди реагують, створюючи двовуглецеву молекулу, яка потім реагує з іншим формальдегідом, створюючи трьохвуглецеву молекулу, і так далі, і так далі, доки весь формальдегід не буде витрачено.

Реакція починається повільно, але потім некеровано прискорюється. У міру того як виробляється все більше і більше складних цукрів, реакційна суміш із безбарвної стає жовтою, коричневою і чорною.

Вивчення контрольованих умов

За словами професора Крішнамурті, проблема полягає в тому, що це дуже брудна реакція: якщо рибоза взагалі утвориться, то це її мізерна частина і тільки одна із сотень і тисяч сполук, які будуть утворюватися. Під час своєї нової роботи вчені хотіли зрозуміти, чому ця реакція така складна і чи можна насправді її контролювати.

Зазвичай реакція формози проводиться за високих температур і в дуже лужному середовищі. Під час експерименту вчені перевірили реакцію в більш м'яких умовах:

• кімнатна температура;
• pH близько 8.

За словами авторів дослідження, такі умови, ймовірно, ближче до умов, що існували на ранній пребіотичній Землі. Це дало змогу контролювати велику кількість і типи вироблених цукрів, вони використовували потужний аналітичний метод, відомий як спектроскопія ядерного магнітного резонансу, і позначили вихідні молекули. Суміш контролювали протягом кількох днів.

Результати показали, що реакція можлива навіть у м'яких умовах, але що результати такі ж складні й неконтрольовані, як і зазвичай.

Походження раннього життя на Землі

Дані показали, що всі вироблені більші цукри мали розгалужені структури. Оскільки майже всі цукри, які використовуються як молекулярні будівельні блоки в живих організмах, є лінійними та нерозгалуженими, це говорить про те, що реакція формози не може пояснити походження біотичних цукрів.

За словами співавтора дослідження, професора Чарльза Ліотта з Технологічного інституту Джорджії, результати нової роботи ставлять під сумнів реакцію формози як основу для утворення лінійних цукрів.

Перспектива для біопаливної промисловості

Попри те, що м'які умови реакції не дали змоги створити лінійні цукри, необхідні для пояснення походження РНК, ці методи можуть бути корисними для біопаливної промисловості, де розгалужені цукри є бажаним товаром.

Автори дослідження вважають, що результати їхньої роботи насправді можуть бути корисними для виробництва розгалужених цукрів, які можна використовувати для виробництва біопалива.

Це не обов'язково кінець досліджень походження життя на основі реакції формози, але дослідники сподіваються підштовхнути інші напрямки мислення.

Раніше Фокус писав про те, що життя на планеті на початку свого шляху було різноманітнішим, ніж вважалося.