В шаге от эффективного производства биотоплива: брошен вызов 160-летней теории происхождения жизни

Об этом пишет SciTechDaily.

На ранних этапах формирования наша планета была изменчивым и негостеприимным местом, для которой были характерны:

• экстремальные температуры;
• распространенная вулканическая активность;
• тонкая примитивная атмосфера.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

И все же, каким-то образом основные молекулярные компоненты жизни, такие как сахара, аминокислоты и нуклеотиды, возникли посреди всего этого хаоса. Однако из самых древних теорий предполагает, что рибоза, сахар, образующий структурную основу РНК, возник спонтанно в результате химического процесса. Однако новые исследования оспаривают эту идею.

Бросили вызов теории "формозной реакции"

Новое исследование было проведено учеными из Scripps Research и Технологического института Джорджии, а его результаты подвергают сомнению обоснованность гипотезы "формозной реакции". Гипотеза предполагает, что простые молекулы формальдегида реагировали в ранних земных условиях, образуя рибозу.

Однако результаты новой работы показывают ключевое ограничение: в контролируемых экспериментальных условиях реакция формозы не дает линейных сахаров, таких как рибоза. Вместо этого она преимущественно производит разветвленные структуры сахаров, которые несовместимы с образованием РНК.

Авторы исследования отмечают, что результаты не просто меняют наше понимание того, как могли возникнуть основные молекулы жизни, но также и предполагают идеи, которые могут повлиять на синтетическую биологию и стратегии производства биотоплива.

По словам автора исследования, профессора химии Раманарайянана Кришнамурти, новые данные указывают на то, что концепция реакции формозы как пребиотического источника рибозы требует серьезного пересмотра. Ученые также считают, что для понимания того, как эти молекулы сахара возникли на ранней Земле, следует изучить другие варианты и модели.

Реакция формозы

Реакция формозы была случайно открыта учеными в 1861 году и с тех пор считается ведущей гипотезой образования пребиотического сахара. В ходе реакции молекулы формальдегида спонтанно и многократно реагируют друг с другом, создавая более крупные молекулы: сначала два формальдегида реагируют, создавая двухуглеродную молекулу, которая затем реагирует с другим формальдегидом, создавая трехуглеродную молекулу, и так далее и так далее, пока весь формальдегид не будет израсходован.

Реакция начинается медленно, но затем неуправляемо ускоряется. По мере того как производится все больше и больше сложных сахаров, реакционная смесь из бесцветной становится желтой, коричневой и черной.

Изучение контролируемых условий

По словам профессора Кришнамурти, проблема заключается в том, что это очень грязная реакция: если рибоза вообще образуется, то это ее мизерная часть и только одно из сотен и тысяч соединений, которые будут образовываться. В ходе своей новой работы ученые хотели понять, почему эта реакция такая сложная и можно ли в действительности ее контролировать.

Обычно реакция формозы проводится при высоких температурах и в очень щелочной среде. В ходе эксперимента ученые проверили реакцию в более мягких условиях:

• комнатная температура;
• pH около 8.

По словам авторов исследования, такие условия, вероятно, ближе к условиям, существовавшим на ранней пребиотической Земле. Это позволило контролировать обилие и типы производимых сахаров, ни использовали мощный аналитический метод, известный как спектроскопия ядерного магнитного резонанса, и пометили исходные молекулы. Смесь контролировалась в течение нескольких дней.

Результаты показали, что реакция возможна даже в мягких условиях, но что результаты такие же сложные и неконтролируемые, как и обычно.

Происхождение ранней жизни на Земле

Данные показали, что все произведенные более крупные сахара имели разветвленные структуры. Поскольку почти все сахара, которые используются в качестве молекулярных строительных блоков в живых организмах, являются линейными и неразветвленными, это говорит о том, что реакция формозы не может объяснить происхождение биотических сахаров.

По словам соавтора исследования, профессора Чарльза Лиотта из Технологического института Джорджии, результаты новой работы ставят под сомнение реакцию формозы как основу для образования линейных сахаров.

Перспектива для биотопливной промышленности

Несмотря на то, что мягкие условия реакции не позволили создать линейные сахара, необходимые для объяснения происхождения РНК, эти методы могут быть полезны для биотопливной промышленности, где разветвленные сахара являются желанным товаром.

Авторы исследования полагают, что результаты их работы в действительности могут быть полезны для производства разветвленных сахаров, которые можно использовать для производства биотоплива.

Это не обязательно конец исследований происхождения жизни на основе реакции формозы, но исследователи надеются подтолкнуть другие направления мышления.