Pre 150 godina, Čarls Darvin je spekulisao da je život verovatno nastao u toplom malom jezercu. Tamo su, pretpostavio je Darvin, hemijske reakcije i neobičan udar groma mogli da dovedu do lanaca aminokiselina koji su vremenom postajali sve složeniji dok se nisu pojavili počeci života.
Od tada, istraživači su istraživali ovu vrstu pre-životne ili „prebiotičke“ hemije, pokušavajući da otkriju hemijske puteve koji su mogli da vode od bazena ispunjenog jednostavnim aminokiselinama do bakterija, drveća sekvoja i ljudi. Nakon serije eksperimenata, doktorat hemijskog inženjerstva Univerziteta Viskonsin–Medison. studentica Hejli Bojgenzan i Džon Jin, profesor hemijskog i biološkog inženjerstva i jedan od osnivača Instituta za otkrića u Viskonsinu, mogu da objasne kako je jedan od potencijalno ključnih ranih koraka na putu života mogao da se desi. Svoje nalaze objavili su u časopisu Origins of Life and Evolution of Biospheres .
U poznatoj studiji iz 1952. pod nazivom Miller-Urei eksperiment, istraživači su simulirali uslove za koje se smatra da su prisutni na prebiotskoj Zemlji, uključujući određene omjere vode, metana, vodonika i drugih elemenata. Kada su ih uključili električnom energijom da bi simulirali munju, istraživači su otkrili da je reakcija proizvela aminokiseline, što sugeriše da su ovi molekuli bili široko prisutni na prebiotskoj Zemlji.
„Znamo da su aminokiseline gradivni blokovi proteina i da su proteini neophodni za život“, kaže Jin. „U prebiotičkoj hemiji, dugo je bilo pitanje kako bismo mogli da nateramo ove stvari da formiraju veze i žice na način koji bi na kraju mogao da dovede do žive ćelije. Pitanje je teško jer je određena hemija koja je uključena ona koja ima tendenciju da propadne u prisustvu vode“.
U svom eksperimentu, Boigenzahn je istraživala da li je moguće da su se ove aminokiseline mogle spojiti tokom perioda promena životne sredine – na primer, kada je voda isparila. U prisustvu hemijskog aktivatora, ove aminokiseline mogu da se povežu u peptide ili kratke lance aminokiselina.
Da bi proučio kako aminokiseline mogu da formiraju veze tokom procesa sušenja, Boigenzahn je stvorio rastvore aminokiseline glicina i trimetafosfata, aktivatora koji se prirodno stvara tokom vulkanskih procesa. Koristeći grejač da ispari rastvor, Boigenzan je posmatrao šta se dešava sa aminokiselinama tokom 24 sata.
Ono što je otkrila bio je proces u dve faze. U prvoj fazi, kada je pH rastvora bio alkalni, glicin se kombinuje u jedinice od dva molekula zvane dimeri, koji takođe proizvode protone, čineći pH rastvora neutralnim. U drugoj fazi, kako je došlo do isparavanja, dimeri su počeli da se vezuju i formiraju duže peptidne lance, nazvane oligoglicin.
Lako je zamisliti scenario u kojem se aminokiseline u vulkanski zagrejanom vrelom izvoru koji sadrži aktivator prvo kombinuju u dimere. Zatim, kako voda isparava i njena hemija se menja, dimeri se vezuju i počinju da se formiraju u duže lance aminokiselina.
„Ono što ovde pokazujemo je da ne mora nužno da bude isto okruženje tokom svih reakcija“, kaže Boigenzan. „Mogu se pojaviti u različitim okruženjima, pod uslovom da reakcije koje se javljaju pomažu u stvaranju okruženja koje je korisno za naredne korake.
Kroz više ciklusa mokro-suvo, moguće je da su peptidni lanci sve duži i duži. Na kraju su mogli da počnu da se savijaju, formirajući enzime ili proteine koji katalizuju hemijske reakcije. To bi moglo postaviti scenu za složenije proteine i početke metabolizma.
Boigenzan i Jin kažu da će proći mnogo vremena pre nego što istraživači otkriju mogući put od Darvinovog toplog malog jezera do početaka života. Ali, posebno za hemijske inženjere, napor proučavanja prebiotičke hemije mogao bi imati velike isplate.
„Ako zaista razumete ovu hemiju, koja se razlikuje od tradicionalne biologije, na kraju biste mogli da kreirate hemijske sisteme koji su u stanju da čuvaju informacije, prilagođavaju se i evoluiraju“, kaže Jin. „DNK skladišti informacije hiljadama puta većom od gustine kompjuterskog čipa. Ako bismo mogli da dobijemo sisteme koji to rade, a da ne moraju da budu žive ćelije, onda počinjete da razmišljate o svim vrstama novih funkcija i procesa koji se dešavaju na molekularnom nivou.“
