Не в океана. Учени опровергаха основната теория за произхода на живота

/КРОСС/ Американски химици са установили, че пептидните връзки - основата на белтъците - не могат да се образуват във водна среда. Сложните органични съединения се образуват най-лесно на границата между водата и въздуха, например в морските пръски. Тоест за зараждането на живота са необходими и океанът, и атмосферата. 

Произход

 Има две основни теории за произхода на живота на Земята. Първата е абиогенната. Същината ѝ е, че сложните органични съединения - „тухлите на живота", сред които централно място заемат аминокиселините - са се образували от неорганични вещества непосредсствено на нашата планета в резултат на пребиотични реакции.

Това предположение за първи път е изказано през 1922 г. от руския биолог Александър Опарин. А в средата на 50-те години американските биохимици Стенли Милър и Харолд Юри потвърждават хипотезата експериментално, получвайки аминокиселини от най-простите съединения - като вода, амоняк, въглероден оксид и метан.За целта в лаборатория са пресъздадени условията на ранната Земя: „първоначалната супа" се нагрява до кипене, парата се пропуска през колба, в която се поставят електроди, и след това се охлажда. Втората теория се нарича панспермия.

Поддръжниците ѝ твърдят, че животът е дошъл от Космоса. Тази идея, изразена още през XIX век, дълго време се смяташе за ненаучна. Но след това се оказа, че пространството е изпълнено с „тухли на живота". В междузвездното пространство присъстват спектри на сложни органични молекули. В състава на кометите има амониеви соли и други съединения, които могат да доведат до образуването на карбамид, аминокиселини и нуклеотиди. А в метеоритите - пълен набор от азотни бази, необходими за ДНК и РНК. 

Ключовата реакция

Въпросът за появата на основните пребиотични молекули на Земята - аминокиселините - се решава лесно. Трудностите възникват след това. Доста трудно е да се обясни как от първичните „градивни елементи" се образуват сложните биополимери, които са в основата на всичко живо - пептиди, белтъци и нуклеинови киселини. От химична гледна точка пептидите са молекули, изградени от две или повече аминокиселини, свързани чрез пептидни (амидни) връзки -C(O)NH-. Дипептидите са вериги от две аминокиселини. Когато те са няколко, това са полипептиди, повече от 50 вече са белтъци. Образуването на пептидни връзки е една от най-важните биохимични реакции. В организма тя се катализира (ускорява) от ензими. Клетките имат специални органели - рибозоми, които работят като макромолекулни машини за бързо производство на необходимите белтъци. Редът, в който се събират пептидите, се определя от генетичния код.


В лабораторни условия синтезът дори на къси пептидни вериги е многоетапен процес, изключително капризен към външни условия и изискващ катализатори. В основата му лежи реакцията на дехидратация - аминокиселинните остатъци се свързват помежду си с отделяне на молекули H2O. Основната трудност се състои в това, че във водна среда, където традиционно се смята, че е възникнал животът, дехидратацията е възможна само с участието на органични ферменти, които не могат да присъстват на пребиотичния етап. В същото време за поддържането на всички форми на живот е необходима вода. Получава се затворен кръг. 

Пръски живот

Американски учени от университета Пърдю са предложили собствено решение на „водния парадокс". Тяхната статия е публикувана в списание PNAS. Повече от десет години те се занимават с химия на капките - с помощта на масспектрометрични методи изследват реакции в субмикронни капки течности. По-специално изследователите са установили, че преобразуването на аминокиселини в пептиди в микрокапчиците е на няколко порядъка по-бързо, отколкото в традиционните разтвори.

Това елиминира необходимостта от катализатори, сложни органични съставки или допълнително излагане под формата на радиация или електрически разряди. Чрез пръскане на микрокапки вода, съдържаща две различни аминокиселини - глицин и L-аланин, върху масспектрометър, учените наблюдавали формирането на дипептидни връзки. По такъв начин те доказали, че първичните органични молекули, простите аминокиселини, спонтанно образуват градивните елементи на живота в капки чиста вода.

Авторите смятат, че в миналото най-благоприятните условия за термодинамично благоприятен синтез на пептиди са възниквали на границата между вода и въздух, например на повърхността на микроскопични капчици, създадени от морските вълни.

„Атмосферните аерозоли или морските капки биха могли да осигурят уникална и широко разпространена среда за преодоляване на енергийното препятствие, предизвикано от кондензацията и полимеризацията на биомолекулите във водата", се казва в статията. Учените се надяват откритието им да намери конкретно практическо приложение. Те вече са изградили експериментална инсталация в университета Пърдю, която работи на принципа на капковата технология. В бъдеще такова оборудване може да се използва за ускорен синтез на сложни органични вещества и разработване на нови лекарства, смятат изследователите.