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.
