Новое исследование, проведенное учеными из Института наук о Земле и жизни Токио, выявило неожиданную роль кальция в формировании первых молекулярных структур жизни. Результаты, опубликованные в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что ионы кальция могут избирательно влиять на образование примитивных полимеров, помогая разгадать давнюю загадку предпочтения молекулами жизни одного типа «хиральности» (лево- или правосторонности).
Как наши левая и правая руки, многие молекулы существуют в зеркальном виде. Однако жизнь на Земле демонстрирует поразительное предпочтение: сахара в ДНК правосторонние, а белки строятся из левосторонних аминокислот. Этот феномен, называемый гомохиральностью, крайне важен для жизни, но вопрос о его возникновении остается одной из главных загадок науки.
Авторы исследовали винную кислоту, простую молекулу с двумя типами хиральности, чтобы понять, как могла среда молодой Земли влиять на образование гомохиральных длинных молекул. Ученые обнаружили, что то, как молекулы винной кислоты соединяются, существенно меняет кальций.
Чисто лево- либо правосторонняя винная кислота легко соединяется в длинные цепочки. Если обе формы смешаны, полимеры образуются с огромным трудом. Однако в присутствии кальция эта картина меняется: кальций способствует полимеризации смеси.
Исследователи предполагают, что кальций оказывает такое воздействие через два механизма. Во-первых, он связывается с винной кислотой, образуя кристаллы тартрата кальция, которые избирательно удаляют лево- или правосторонние молекулы из раствора. Во-вторых, изменяет химию полимеризации оставшихся молекул винной кислоты. Этот процесс мог увеличить изначально небольшой дисбаланс в хиральности, что в итоге привело к однородной лево- или правосторонности, присущей современным биомолекулам.
Особенно интересен вывод о том, что полиэфиры — простые полимеры из таких молекул, как винная кислота — могли быть одними из первых гомохиральных молекул жизни, даже до РНК, ДНК или белков.
«Обычно происхождение жизни обсуждается в терминах биомолекул: нуклеиновые и аминокислоты. Однако наша работа предлагает альтернативную перспективу: "небиомолекулы", например, полиэфиры, могли играть ключевую роль в начальных этапах возникновения жизни», — объясняет доцент Тони З. Цзя, руководитель исследования.
Исследование не только углубляет наше понимание истоков жизни на Земле, но и предлагает возможные аналогичные процессы на других планетах, помогая ученым искать жизнь за пределами нашего мира.
Почему все белки «левые»? Новая теория может раскрыть тайну происхождения жизни
Создание «зеркальных микробов» несет риск для всего живого, предупреждают ученые
Ученые приблизились к разгадке односторонней закрученности молекул жизни
Почему спираль ДНК почти всегда закручена вправо? Исследование загадки хиральности