คำถามที่ว่าชีวิตบนโลกเกิดขึ้นเป็นครั้งแรกนั้นเป็นสิ่งที่มนุษย์ได้ถามตัวเองมาตั้งแต่ไหน แต่ไร ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ค่อนข้างมั่นใจเมื่อมันเกิดขึ้นไม่มีคำตอบที่ชัดเจนว่าทำไมมันถึงทำ กรดอะมิโนซึ่งเป็นหน่วยการสร้างทางเคมีได้รวมตัวกันอย่างไรประมาณ 4 พันล้านปีก่อนเพื่อสร้างโมเลกุลโปรตีนตัวแรก
ในขณะที่คำถามนั้นยังไม่ได้รับคำตอบนักวิทยาศาสตร์กำลังค้นพบสิ่งใหม่ที่จะช่วยให้แคบลง ตัวอย่างเช่นทีมนักวิจัยจากศูนย์เทคโนโลยีวิวัฒนาการทางเคมีของจอร์เจีย (CCT) ได้ทำการศึกษาเมื่อไม่นานมานี้ซึ่งแสดงให้เห็นว่าโมเลกุลโปรตีนโปรตีนรุ่นแรก ๆ อาจมีการเชื่อมโยงกันในรูปแบบของโซ่
การศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้ปรากฏใน การดำเนินการของ National Academy of Sciences. การศึกษานี้นำโดยดร. โมแรน Frenkel - พินแห่งจอร์เจียเทคและรวมถึงนักวิจัยหลายคนจาก CCT ซึ่งได้รับการสนับสนุนจากองค์การนาซ่าและมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) ด้วยความช่วยเหลือจากดร. ลุคเลมันและผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านเคมี Scripps Research สถาบันวิจัยทางการแพทย์ที่ไม่หวังผลกำไร
นักวิทยาศาสตร์ได้มีทฤษฎีเกี่ยวกับวิธีที่กรดอะมิโนตัวแรกรวมตัวกันเพื่อสร้างโมเลกุลโปรตีน น่าเสียดายที่ความพยายามทั้งหมดในการตรวจสอบทฤษฎีเหล่านี้ล้มเหลว ดังที่ดร. เลมันอธิบาย:
“ การที่เคมีนำไปสู่ชีวิตที่ซับซ้อนเป็นหนึ่งในคำถามที่น่าสนใจที่สุดที่มนุษยชาติไตร่ตรองไว้ มีทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับต้นกำเนิดของโปรตีน แต่ไม่ได้มีห้องปฏิบัติการทดลองสนับสนุนแนวคิดเหล่านี้มากนัก”
สำหรับการศึกษาของพวกเขาทีมวิจัยได้ทำการทดลองที่มีการเลือกกรดอะมิโน (ไลซีน, อาร์จินีนและฮิสติดีน) จำนวนเล็กน้อยไว้ด้วยกันกับกรดอะมิโนคู่แข่งที่ไม่ใช่ชีวภาพสามตัว จากนั้นกรดจะถูกสภาวะคล้ายกับสิ่งที่เชื่อกันว่ามีอยู่บนโลกในช่วง Hadean Eon (ประมาณ 4 พันล้านปีก่อน)
สิ่งนี้ประกอบไปด้วยการใส่กรดอะมิโนที่เลือกลงไปในน้ำที่มีกรดไฮดรอกซีซึ่งเป็นที่รู้กันว่าจะช่วยให้เกิดปฏิกิริยาของกรดอะมิโนและจะพบได้ทั่วไปในโลกพรีไบโอติก ส่วนผสมนั้นถูกทำให้ร้อนถึง 85 °C (185 °F) ซึ่งเร่งกระบวนการเกิดปฏิกิริยาและทำให้น้ำระเหย จากนั้นทำการศึกษาปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้น
ความประหลาดใจของพวกเขากรดอะมิโนชีวภาพเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติในส่วนที่เรียบร้อยซึ่งเชื่อมโยงเข้าด้วยกันผ่านกลุ่ม -amine กลุ่มเหล่านี้เป็นกลุ่มที่ทำจากไนโตรเจนและไฮโดรเจนและมีปฏิกิริยาค่อนข้างมาก อย่างไรก็ตามพวกเขายังเป็นส่วนหนึ่งของแกนกลางของกรดอะมิโนและเอมีนอื่น ๆ ที่เกิดจากไซด์ที่ยืดออกจากแกนกลาง (ซึ่งใช้ในการทดลองนี้) มักจะมีปฏิกิริยามากขึ้น Frenkel-Pinter กล่าวว่า:
“ มันทำให้เราประหลาดใจที่เคมีนี้ชื่นชอบการเชื่อมต่อแบบมีเธนที่พบในโปรตีนถึงแม้ว่าหลักการทางเคมีอาจทำให้เราเชื่อว่าการเชื่อมต่อแบบไม่มีโปรตีนจะได้รับการสนับสนุน การตั้งค่าสำหรับการเชื่อมโยงเหมือนโปรตีนมากกว่าที่ไม่ใช่โปรตีนประมาณเจ็ดต่อหนึ่ง”
ความประหลาดใจอีกประการหนึ่งก็คือความจริงที่ว่ากรดอะมิโนชีวภาพเอาชนะกรดอะมิโนในแง่ของปฏิกิริยา กรดหลังซึ่งไม่พบในโปรตีนในปัจจุบันมีศักยภาพในการตอบสนองทางเคมีเช่นเดียวกับ (หรือดีกว่า) ทางชีวภาพ ยิ่งไปกว่านั้นทีมงานคาดการณ์ว่าการรวมกรดเหล่านี้จะทำให้สารชีวภาพวิ่งเพื่อเงินของพวกเขาและอาจนำไปสู่
อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาส่วนใหญ่เกิดจากการก่อตัวของเปปไทด์ (หน่วยการสร้างกรดอะมิโนสองตัวหรือมากกว่านั้นเชื่อมโยงกัน) ซึ่งใกล้เคียงกับโปรตีนจริงของวันนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนักวิจัยคิดว่ากรดอะมิโนที่ไม่ใช่ชีวภาพจะเอาชนะกรดอะมิโนชีวภาพที่รู้จักกันในชื่อไลซีนและไลซีนจะไม่สามารถสร้างโซ่ได้อย่างน่าเชื่อถือ
ในทั้งสองกรณีพวกเขาผิดและแทนที่จะพบว่าไลซีนเป็นส่วนใหญ่เข้าไปในโซ่ในลักษณะที่คล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับโปรตีนในปัจจุบัน จากนี้ทีมตั้งสมมติฐานว่าโซ่กรดอะมิโนสำเร็จรูปที่มีประโยชน์ในระบบชีวิตที่วิวัฒนาการมาก่อนชีวิตได้ค้นพบวิธีสร้างโปรตีน
ความจริงที่ว่าการทดลองของพวกเขาแสดงให้เห็นว่ากรดอะมิโนทางชีวภาพนั้นเป็นที่นิยมมากกว่ากรดที่ไม่ใช่ชีวภาพอาจให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ว่าทำไมกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิดจึงกลายเป็นสิ่งมีชีวิต นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ามีกรดที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติมากกว่า 500 ชนิดบนโลกในช่วง Hadean Eon ในฐานะลอเรนวิลเลียมส์ศาสตราจารย์ด้านชีวเคมีของ Georgia Tech อธิบาย
“ ความคิดของเราคือชีวิตเริ่มต้นด้วยการสร้างบล็อคจำนวนมากที่อยู่ที่นั่นและเลือกส่วนย่อยของพวกเขา แต่เราไม่ทราบว่าได้รับการคัดเลือกเท่าไหร่บนพื้นฐานของเคมีบริสุทธิ์หรือกระบวนการทางชีวภาพได้ทำการเลือกมากแค่ไหน ดูที่การศึกษานี้ดูเหมือนว่าชีววิทยาของวันนี้อาจสะท้อนปฏิกิริยาทางเคมีก่อนพรีไบโอติกก่อนหน้านี้มากกว่าที่เราคิด "
“ ในโลกพรีไบโอติกจะมีกรดอะมิโนชุดใหญ่กว่ามาก มีบางสิ่งที่พิเศษเกี่ยวกับกรดอะมิโน 20 ตัวนี้หรือว่าสิ่งเหล่านั้นเพิ่งถูกแช่แข็งในเวลาหนึ่งโดยวิวัฒนาการ? กล่าวโดยสรุปการทดลองแสดงให้เห็นว่าชนิดของกรดอะมิโนที่ใช้ในโปรตีนมีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเพราะพวกมันทำปฏิกิริยาร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่มีประสิทธิภาพน้อย
กล่าวโดยสรุปการทดลองแสดงให้เห็นว่าชนิดของกรดอะมิโนที่ใช้ในโปรตีนมีแนวโน้มที่จะเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเพราะพวกมันทำปฏิกิริยาร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและมีปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่มีประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อย นอกจากนี้ยังให้ความน่าเชื่อถือเพิ่มเติมแก่ทฤษฎีที่ว่าโพลิเมอร์ชีวภาพส่วนใหญ่เกิดขึ้นในวัฏจักรเปียกและแห้งซึ่งเป็นสิ่งที่นักวิจัย CCT มี
ทฤษฎีนี้ซึ่งกล่าวว่าโปรตีนแรกเกิดขึ้นบนแฟลตดินที่ถูกฝนตกหนักหรือหินลาวาที่ถูกแดดเผาเป็นสิ่งที่ขัดแย้งกับการเล่าเรื่องแบบธรรมดาที่หน่วยการสร้างชีวิตขึ้นอยู่กับเหตุการณ์ที่หายากและกลียุครวมถึงส่วนผสมหลายอย่างใน เพื่อที่จะโผล่ออกมา โดยการแสดงให้เห็นว่ามันน่าจะเป็นกระบวนการที่ตรงไปตรงมามากขึ้นการวิจัยนี้สามารถทำให้เราเข้าใกล้ขั้นตอนเดียวมากขึ้นเพื่อไขปริศนาลึกลับเก่าแก่นี้
มันอาจมีผลกระทบในการค้นหาสิ่งมีชีวิตนอกโลก หากหน่วยการสร้างของชีวิตมีปฏิกิริยาตอบสนองตามธรรมชาติและดึงดูดซึ่งกันและกันมันก็น่าจะเพิ่มโอกาสที่ปฏิกิริยาเคมีคล้าย ๆ เกิดขึ้นที่อื่นในจักรวาล!
