Peptydy łatwiej powstają poza Ziemią – czy życie przybyło z kosmosu?

Pochodzenie życia na Ziemi jest stanowi tajemnicę dla naukowców, ale powoli poznają oni etapy jego powstawania i niezbędne do tego składniki. Najnowsze odkrycie sugeruje, że organiczne peptydy powstają łatwiej w kosmosie niż na Ziemi, co może sugerować, że życie mogło przybyć na naszą planetę.

Naukowcy od dawna podejrzewali, że niektóre z tych składników mogły zostać dostarczone z kosmosu. Nowe badanie, opublikowane w Science Advances, dowodzi tego, że specjalna grupa cząsteczek organicznych, zna jako peptydy, może tworzyć się łatwiej w warunkach kosmicznych niż w tych występujących na Ziemi. Zdaniem badaczy oznacza to, że mogły one zostać dostarczone na wczesną Ziemię przez meteoryty lub komety i że życie mogło powstać również w innych miejscach we Wszechświecie.

Jak tłumaczą biolodzy, funkcje życiowe są podtrzymywane w komórkach wszystkich żywych istot, przez duże, złożone cząsteczki oparte na węglu (organiczne) zwane białkami. Sposób wytwarzania wielu różnych białek potrzebnych do życia jest zakodowany w DNA, które samo w sobie jest również dużą i złożoną cząsteczką organiczną. Sładają się one z różnych mniejszych i prostszych cząsteczek, takich jak aminokwasy – są to tak zwane elementy budulcowe życia.

Aby wyjaśnić pochodzenie życia, naukowcy muszą zrozumieć, w jaki sposób i gdzie tworzą się te mniejsze części budulcowe oraz w jakich warunkach spontanicznie łączą się w bardziej złożone struktury. Badacze muszą również poznać to, co pozwala im stać się zamkniętym, samoreplikującym się systemem – żywym organizmem.

Najnowsze badanie opublikowane w Science Advances rzuca nowe światło na to, w jaki sposób niektóre z tych bloków konstrukcyjnych mogły się uformować i połączyć oraz w jaki sposób mogły znaleźć się na Ziemi.

Jak tłumaczą naukowcy, DNA, czyli kwas dezoksyrybonukleinowy, składa się z dwóch długich nici tworzących strukturę podwójnej helisy. Każda nić składa się z mniejszych cząsteczek zwanych nukleotydami. Każdy nukleotyd zawiera trzy składniki: cząsteczkę cukru (deoksyryboza w DNA), grupę fosforanową i zasadę azotową. W DNA występują cztery rodzaje zasad azotowych: adenina (A), tymina (T), cytozyna (C) i guanina (G). Zasady te łączą się w pary (A z T, C z G), tworząc szczeble drabiny podwójnej helisy, z grupami cukrowymi i fosforanowymi tworzącymi szkielet cząsteczki. Peptydy są zbiorem aminokwasów w krótkiej strukturze łańcuchowej. Mogą składać się z zaledwie dwóch, do setek aminokwasów.

Jednak pomimo ich potencjalnie ważnej roli w powstaniu życia, zdaniem biologów, peptydy nie mogły powstać spontanicznie w warunkach środowiskowych panujących na wczesnej Ziemi. Serge Krasnokutski z Friedrich Schiller University Jena, główny autor nowego badania, wykazał, że zimne warunki panujące w kosmosie są w rzeczywistości bardziej korzystne dla tworzenia peptydów.

Zdaniem badaczy, w bardzo niskiej gęstości chmur cząsteczek i pyłów w części przestrzeni zwanej ośrodkiem międzygwiazdowym, pojedyncze atomy węgla mogą przyklejać się do powierzchni ziaren pyłu wraz z cząsteczkami tlenku węgla i amoniaku. Następnie reagują, tworząc cząsteczki podobne do aminokwasów. Gdy taka chmura staje się gęstsza, a cząsteczki pyłu również zaczynają się do siebie przyklejać, przez co mogą łączyć się w peptydy.

W nowym badaniu naukowcy przyjrzeli się gęstemu środowisku pyłowych dysków, z których ostatecznie wyłania się nowy układ słoneczny z gwiazdą i planetami. Takie dyski tworzą się, gdy takie obłoki nagle zapadają się pod wpływem siły grawitacji.

Naśladując reakcje, które mogą zachodzić w ośrodku międzygwiezdnym w laboratorium, badanie wykazało, że chociaż tworzenie peptydów jest nieznacznie zmniejszone, nie jest niemożliwe. Zamiast tego, gdy skały i pył łączą się, tworząc większe ciała, takie jak asteroidy i komety, ciała te nagrzewają się i umożliwiają powstawanie cieczy. Zwiększa to tworzenie peptydów w nich, po czym następuje naturalna selekcja dalszych reakcji, w wyniku których powstają jeszcze bardziej złożone cząsteczki organiczne. Procesy te miały miejsce podczas formowania się naszego Układu Słonecznego.

Wiele elementów budulcowych życia, takich jak aminokwasy, lipidy i cukry, może tworzyć się w środowisku kosmicznym. Wiele z nich zostało wykrytych w meteorytach.

Ponieważ tworzenie peptydów jest bardziej wydajne w kosmosie niż na Ziemi i ponieważ mogą one gromadzić się w kometach, ich uderzenia we wczesną Ziemię mogły dostarczyć cząsteczki, które przyspieszyły kroki w kierunku powstania życia na Ziemi.

Emil Gołoś