Wissenschaftler identifizieren Substanz, die das Leben auf der Erde ausgelöst haben könnte

Ein Team von Rutgers-Wissenschaftlern, die sich der Lokalisierung der ursprünglichen Ursprünge des Stoffwechsels verschrieben haben – einer Reihe von chemischen Kernreaktionen, die das Leben auf der Erde zuerst angetrieben haben – hat einen Teil eines Proteins identifiziert, das Wissenschaftlern Hinweise zur Entdeckung von Planeten liefern könnte, die kurz vor der Entstehung von Leben stehen.

Die Studie, veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschrittehat wichtige Auswirkungen auf die Suche nach außerirdischem Leben, da es den Forschern einen neuen Hinweis gibt, nach dem sie suchen können, sagte Vikas Nanda, ein Forscher am Center for Advanced Biotechnology and Medicine (CABM) in Rutgers.

Basierend auf Laborstudien sagen die Wissenschaftler von Rutgers, dass einer der wahrscheinlichsten chemischen Kandidaten, der das Leben ankurbelte, ein einfaches Peptid mit zwei Nickelatomen war, das sie „Nickelback“ nennen, nicht weil es irgendetwas mit der kanadischen Rockband zu tun hat, sondern weil sein Rückgrat Stickstoff ist Atome verbinden zwei kritische Nickelatome. Ein Peptid ist ein Bestandteil eines Proteins, das aus einigen elementaren Bausteinen besteht, die als Aminosäuren bekannt sind.

„Wissenschaftler glauben, dass es irgendwann vor 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahren einen Wendepunkt gab, etwas, das den Wechsel von der präbiotischen Chemie – Moleküle vor dem Leben – zu lebenden, biologischen Systemen einleitete“, sagte Nanda. „Wir glauben, dass die Veränderung durch ein paar kleine Vorläuferproteine ​​ausgelöst wurde, die Schlüsselschritte in einer uralten Stoffwechselreaktion durchführten. Und wir glauben, dass wir eines dieser ‚Pionierpeptide‘ gefunden haben.“

Die Wissenschaftler, die die Studie durchführen, sind Teil eines von Rutgers geleiteten Teams namens Evolution of Nanomachines in Geospheres and Microbial Ancestors (ENIGMA), das Teil des Astrobiology-Programms der NASA ist. Die Forscher wollen verstehen, wie sich Proteine ​​entwickelt haben, um zum vorherrschenden Katalysator des Lebens auf der Erde zu werden.

Beim Durchsuchen des Universums mit Teleskopen und Sonden nach Anzeichen für vergangenes, gegenwärtiges oder entstehendes Leben suchen NASA-Wissenschaftler nach spezifischen „Biosignaturen“, die als Vorboten des Lebens bekannt sind. Peptide wie Nickelback könnten die neueste Biosignatur werden, die von der NASA verwendet wird, um Planeten zu entdecken, die kurz davor stehen, Leben zu produzieren, sagte Nanda.

Eine originelle anregende Chemikalie, so die Überlegung der Forscher, müsste einfach genug sein, um sich spontan in einer präbiotischen Suppe zusammensetzen zu können. Aber es müsste chemisch ausreichend aktiv sein, um das Potenzial zu haben, Energie aus der Umgebung zu entnehmen, um einen biochemischen Prozess anzutreiben.

Dazu verfolgten die Forscher einen „reduktionistischen“ Ansatz: Sie begannen damit, existierende zeitgenössische Proteine ​​zu untersuchen, von denen bekannt ist, dass sie mit Stoffwechselprozessen in Verbindung stehen. Da sie wussten, dass die Proteine ​​zu komplex waren, um früh entstanden zu sein, reduzierten sie sie auf ihre Grundstruktur.

Nach einer Reihe von Experimenten kamen die Forscher zu dem Schluss, dass der beste Kandidat Nickelback war. Das Peptid besteht aus 13 Aminosäuren und bindet zwei Nickelionen.

Nickel, so argumentierten sie, war in frühen Ozeanen ein reichlich vorhandenes Metall. Wenn sie an das Peptid gebunden sind, werden die Nickelatome zu starken Katalysatoren, die zusätzliche Protonen und Elektronen anziehen und Wasserstoffgas erzeugen. Wasserstoff, so argumentierten die Forscher, war auf der frühen Erde ebenfalls reichlich vorhanden und wäre eine entscheidende Energiequelle für den Energiestoffwechsel gewesen.

„Das ist wichtig, denn obwohl es viele Theorien über den Ursprung des Lebens gibt, gibt es nur sehr wenige tatsächliche Labortests dieser Ideen“, sagte Nanda. „Diese Arbeit zeigt, dass nicht nur einfache Proteinstoffwechselenzyme möglich sind, sondern dass sie sehr stabil und sehr aktiv sind – was sie zu einem plausiblen Ausgangspunkt für Leben macht.“