Химическое соединение, необходимое для всех живых организмов, было успешно создано в лабораторных условиях, которые могли возникнуть на ранней Земле, что указывает на его важную роль в начале жизни. Новое исследование, проведенное исследователями Университетского колледжа Лондона (UCL), показывает, что это химическое соединение было синтезировано в лаборатории при условиях, которые могли быть присутствующими на ранней Земле, что подтверждает его важность в начале жизни.

Это соединение, известное как пантетеин, представляет собой активный компонент коэнзима А и играет существенную роль в обмене веществ, обеспечивающем жизнедеятельность. Ранее исследования не смогли достичь успешного синтеза пантетеина, что привело к предположению об его отсутствии в начальных стадиях жизни.

В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи смогли создать это соединение в водной среде при комнатной температуре, используя молекулы, полученные из цианида водорода, который, вероятно, был широко распространен на ранней Земле. После образования пантетеина исследователи отметили его потенциальную роль в химических реакциях, которые привели к появлению простых предшественников белков и РНК-молекул, а затем к возникновению первых живых организмов более 4 миллиардов лет назад. Это исследование вызывает вопросы у некоторых ученых, которые считают, что вода слишком разрушительна для возникновения жизни и что она, вероятно, появилась в прудах или озерах, которые периодически высыхали.

Важными факторами, способствующими реакциям, приводящим к образованию пантетеина, были энергичные молекулы, называемые аминонитрилами, которые имеют тесную связь с аминокислотами — строительными блоками белков и жизни. Исследовательская группа во главе с профессором Мэтью Пауэром (UCL Chemistry) уже использовала подобную химию, активируемую аминонитрилами, чтобы показать, как и другие ключевые биологические компоненты могут быть созданы в начальных стадиях жизни, включая пептиды (цепи аминокислот, образующие белки) и нуклеотиды (строительные блоки РНК и ДНК). Профессор Пауэр, главный автор статьи, сказал: «Это новое исследование дополнительно подтверждает, что основные структуры биологии, основные молекулы, из которых состоит биология, имеют склонность образовываться через нитрильную химию.

Легкость, с которой различные классы биологических молекул могут быть образованы с использованием нитрилов, убеждает меня в том, что вместо предшествования жизни одной, такой как РНК, и существования «мира РНК» до начала жизни, основные молекулы биологии возникли вместе — сеть РНК, ферментов и кофакторов, приведшая к появлению первых живых организмов». Дальнейшие исследования будут сосредоточены на изучении взаимодействия этих молекул друг с другом, а также на роли химии пантетеина в химических процессах, таких как взаимодействие с РНК, пептидами и липидами, чтобы достичь уровня химии, который не мог быть достигнут отдельными классами молекул в изоляции.

Предыдущие эксперименты по синтез пантетеина включали попытки, предпринятые умершим американским химиком Стэнли Миллером в 1995 году. Миллер начал свои эксперименты по происхождению жизни три десятилетия назад и смог создать аминокислоты из четырех простых химических соединений в пробах. Однако в последующем эксперименте получение пантетеина было очень низким и требовало использования высоких концентраций химических веществ, которые зем были запаяны в герметичную трубку и нагреты до 100 °C. Доктор Джаспер Фэйрчайлд (UCL Chemistry), один из ведущих автор расследования, отметил: «Основное отличие между исследованием Миллера и нашим заключается в том, что в то время как Миллер использовал кислотную химию, мы использовали нитрилы.

Именно нитрилы обеспечивают энергию и селективность. Наши реакции происходят в воде и позволяют получать панетеин с высокими выходами и относительно низкими концентрациями химических веществ». Профессор Пауэр добавил: «Принято считать, что этиолекулы должны образовываться из кислот, так как кислотная химия кажется более биологичной, и этому нас учат в школе и университете.ам говорят, что пептиды образуются из аминокислот. Наше исследование показывает, что это традиционное представление игнорирует важный фактор необходимую энергию для образования новых связей.

Реакция с нитрилами имеет свои особенности, но конечные продукты — основные единицы биологии неразличимы, будут они образованы с использованием кислоты или нитрильной химии». В то время как данная статья сосредоточена исключительно на химических аспектах, исследовательская группа отметила, что эти реакции, представленные в исследовании, могли происходить в прудах или озерах на ранней Земле (но не в океанах, где концентрации химических веществ, вероятно, были бы слишком разбавленными).

Новое исследование было финансово поддержано Советом по инженерии и физическим наукам, Фондом Саймонс и Фондом Фольксаген. В результате своих исследований происхождению жизни профессор Пауэр был номинирован на премию Блаватника 2021 года для молодых ученых. Эта престижная награда присуждаться ученым в возрасте до 42 лет, чьи исследования «уже преображают технологии и наше понимание мира».